嵌入式智能小车车速控制算法与仿真

焦渊

摘 要：本文简单介绍PID控制算法，根据控制算法设计嵌入式智能小车车速控制系统，使智能小车在行驶中根据需要进行缓慢且匀速加速或者减速，避免侧翻或因入弯速度过快而造成的冲出跑道等危险行为，并仿真验证该控制系统可行。

关键词：PID控制算法;车速控制;仿真

1 引言

智能化技术在汽车上的应用从本质上改变了传统汽车的设计理念，即智能控制技术、通信技术、电子技术等新技术在智能车辆上的应用将是汽车工业竞争的焦点。

智能车可以通过微处理器控制来实现其对周围环境的感知、路径的处理、自动行驶等，是一个运用了高新技术的综合系统。为了使智能小车工作在最佳状态，进一步研究及完善其速度的控制是非常有必要的。速度控制能够结合当前的行驶状态智能地做出决策，对其行车速度进行调整，实现稳定车速的目[1-2]。

2 嵌入式智能小车车速控制算法

智能车在行驶中，根据需要进行加速或者减速，这个点对车的控制有着极高的要求，加速或者减速中不能讓车的控制力度过大或者过小，这个加减速的过程一定要缓慢且匀速，其控制原理如图1所示：

控制规律为：

式中：Δun第n次输出增量;en第n次偏差;en-1第n-1次偏差;en-2第n-2次偏差。

当前车速大于（小于）给定值的某一个比例时，电机满转（停转），即

其中：rn为当前速度给定值，vn为当前速度反馈值，M一般取0.3-0.5[3]。

采用该控制方法来实现速度的闭环控制。由于小车需要通过直道、弯道和S弯等各种复杂赛段，为了保证小车快速稳定地行驶，必须对小车的车速进行精确控制。由于小车在不同道路的极限速度不同，因此首先应该在不同的路段设置不同的目标车速[4]，具体的车速计算公式如下：

其中，为给定车速，为直道上经测试给出的预设高速，e为检测到黑线的光电管位置与车体中心线的偏差，Kp为比例系数，偏差越大，降速越多。速度的获取采用反射型光电传感器方案。

3 仿真模拟

根据系统数学模型，在MATLAB中建立Simulink模型图，如图2所示。

取Kp=100，Ki=500，Kd=0.006

当输入为v=50m/s的阶跃响应时，系统的仿真结果如图3所示。

当输入为正弦响应时，仿真结果如图4。可以看出，经过该控制系统趋于稳定，能有效地消除系统稳态误差，提高动态响应速度。仿真结果表明，该控制系统可行。

参考文献：

[1]肖文健，李永科.基于增量式PID控制算法的智能车设计[J].信息技术，2012（10）：125-127.

[2]陈懂，智能小车运动控制系统的研究与实现[D]，东南大学，2005.

[3]梁业宗，李波，赵磊.基于路径识别算法的智能车控制系统的设计[J].自动化技术与应用，2009（1）：121-123.

[4]王朝盛.基于16位单片机 MC9S12DG128B 智能车系统的设计[D].天津：天津工业大学，2007.