بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله سیستم هدایت اتوماتیک خودرو به سمت مقصد مورد نظر بدون برخورد با موانع موجود در مسیر ، براساس واحد نقشه برداری مسیر فازی - Trajectory Mapping Unit - طراحی شده است. شبیه سازی آزمایش های حرکت در شرایط محیطی مختلف عملکرد خوب سیستم طراحی شده را نشان میدهد. سیستم کنترل طراحی شده، کسب دانش لازم برای کنترل کننده و همچنین توسعه ی سیستم کنترل برای انجام وظایف بیشتر را تسهیل مینماید.
واژه های کلیدی : هدایت خودرو ، موانع ، سیستم کنترل
-1 مقدمه
در تحقیق کنترل فازی، قسمت جلو وعقب یک کامیون به عنوان شیء مورد آزمایش قرار گرفت. برای هدایت خودرو به صورت کاملأ اتومات استفاده از روش کنترل غیر خطی از یک سو و عدم استفاده از طراحی سیستم کنترل سنتی از سویی دیگر میتواند راهکاری برای حل این مشکل باشد. در نگاه اول مشکل کنترل نیز یکی دیگر از مشکلات است که تاریخچه ی کاربردهای کنترل فازی میتواند برای حل این مشکل مناسب باشد.
از آنجایی که توانایی رانندگی یک مهارت رایج در میان مردم است پیدا کردن یک متخصص خوب در این زمینه نباید خیلی دشوار باشد؛ در مرحله ی بعدی دستور العمل شفاهی که بیان میشود هسته ی سیستم کنترل را تشکیل خواهد داد. رانندگی خودرو کاری است که به ندرت بدون هوشیاری و آگاهی انجام میپذیرد. در نتیجه استخراج قوانین مناسب از یک متخصص دشوار است زیرا اینکه بخواهیم آن را در شرایط منطق فازی قرار داده و این توانایی را نیز داشته باشد که بتواند چگونگی انجام کار را به ما توضیح دهد کمی مشکل به نظر میرسد.
در مطالعه ی قبلی نشان داده شد که تجزیهی مشکل کنترل میتواند خیلی ساده و طبیعی باشد اگر که مهم ترین بخش طراحی کنترلر، کسب دانش خبره باشد. چون تمامی تمرکز ما بر روی اطلاعات مربوط به طراحی خودروی بهینه در فضای دو بعدی است - که برای توضیح خیلی از عملیاتها بر روی چرخ فرمان بسیار ساده است - ، در نتیجه بدست آوردن نتایج راه حل کارآمد به نظر میرسد کمی سخت باشد. علاوه بر این تجزیه کردن مشکل ابعاد آن را کاهش میدهد - که به ما اجازه میدهد که خودمان را با پیچیدگی کنترل هدف درگیر نماییم .
- 2 بیان مسئله :
موقعیت خودرو را میتوان به وسیلهی سه متغیر['\' >-900,2700] نشان داد، که زاویه بین راستای خودرو و محور x است . مسئله به این صورت زیر تعریف شده است: خودرو باید از موقعیت دلخواه اولیه - xi,yi' i - از پیش تعریف شده - xf,yf' f - حرکت کند، فرض شده که خودرو میتواند با سرعت ثابت به سمت جلو و عقب حرکت کند. بازه ی مناسب تغییرات زاویه چرخ ها برای کنترل خودرو بین-> 450 , 450] در نظر گرفته شده است.
علاوه بر این خودرو در هنگام حرکت به سمت مقصد مورد نظر نباید با موانع موجود و هرگونه مانعی که بر سر راهش قرار گیرد برخورد نماید و همچنین نباید از محدوده ی x و y خارج شود. - که x و y می تواند هر مقداری را اختیار نماید - . برای شبیه سازی حرکت خودرو ، از معادلات 1 تا 3 استفاده شده است:
که در این روابط Vسرعت خودرو زاویهی چرخها با محور x و زاویهی بدنه خودرو با محور x میباشد.
- 3 سیستم کنترل
اجرای کنترل در سیستم کنترل اصلی در [9] بین دو بخش توزیع میشود - شکل . - 2 مؤلفههای اصلی سیستم در TMU مشخص شده است و زاویه ی بهینه ی خودرو f برای نقطه داده شده توسط مشخصات فعلی خودرو - x، - y تعیین میشود. محاسبهی زاویهی مناسب چرخها موجب جهت گیری درست خودروی مورد نظر خواهد شد که توسط حلقه ی کنترل PD محاسبه میشود مزایای این روش هنگام در مقایسه با روش های دیگر [2,3] به خوبی روشن شد که: اولأ، تعداد متغیرهای ورودی برای سیستم فازی کاهش یافته است - مانور بر روی y که اغلب به دلیل سادگی مورد غفلت واقع شده به سادگی انجام میشود - . در نهایت بازخورد حلقه کنترل را تثبیت نموده و آن را افزایش میدهد.
برای جلوگیری از اثرات نامطلوب ادغام قوانین متضاد درy که طیف وسیعی از مقادیر منفی را دارد، بخشی از TMU باید به صورت یک قطعه ی جداگانه انجام شود در کل، باید اولین مشکل ما که دامنه ی کار محدود کنترلر است حل شود.
با این حال شکل فعلی سیستم کنترل طراحی شده، محدودیتهای خاص خود را دارد. اولأ این که محدودهی حرکت خودرو نسبتأ کوچک است. - یعنی محدوده ی فوق را شامل میشود - x=[-25,25] , y=[0,27] ثانیأ به دلایلی ما مجبور خواهیم بود هدف های مختلف را تعیین نماییم به عملکرد کل TMU نیاز داریم - بدیهی است که این راه حل خوب نیست - . خودرو از موانع احتمالی - مثلأ دیواره های محدوده - که بر سر راهش قرار دارد اطلاعی ندارد و در نتیجه قادر به جلوگیری از برخورد با دیواره ها نیست. بخش زیر توضیح میدهد که چگونه مشکل را با گسترش سیستم کنترل اصلی میتوان حل نمود.
- 1.3 گسترش و تعمیم TMU
تعمیم TMU در دو مرحله انجام میپذیرد . اولأ گسترش دامنهی کار TMU، که ما از توابع برای متغیرهای x وy استفاده کردهایم و ثانیأ محدود کردن مقادیر ورودی برای محدودهی بالا و پایین TMU، برای اطمینان از اینکه خودرو بوسیله ی قوانین مناسب به سمت مقصد مورد نظر هدایت خواهد شد، حتی زمانی که به نظر میرسد x وy ما خارج از محدودهی TMU هستند. علاوه بر این، به نظر میرسد که از یک سو قوانین اصلی TMU - شامل 28 قانون - میتوانند بهینه سازی کمی داشته باشند - و توابع عضویت - که میتوان آنها را در هم ادغام و یا حذف نمود ؛ از سوی دیگر برای پوشش دادن محدودهی منفی، مقدار y توسعه یافته است.
به منظور هدایت صحیح خودرو هر زمانی که مقصد نهایی تغییر کند ما TMU اصلی در شکل 2 را با شکل 5 و مقادیر ,x,y را با*,y*,x* که در روابط 4 تا 6 تعریف شده اند جایگزین کرده و از آنها برای محاسبات واسط TMU استفاده مینماییم.
توجه کنید که با گسترش سیستم میتوان از رابطه ی 7 آن کنترل حرکت خودرو به سمت جلو نیز استفاده نمود اگر r با 1800 اصلاح شود - دلیل آن واضح است - و در کنترلر PD خروجی نیز با -1 اصلاح شود - دومی ضروری تر است چون در چرخش چرخ ها به سمت چپ تمایل چرخش خودرو به سمت راست است و در رانندگی به سمت عقب نتیجه ای مخالف با رانندگی به سمت جلو داریم - . در سیستم کنترل ارائه شده، خودرو با موفقیت به سمت مقصد نهایی تعیین شده حرکت میکند.
توجه کنید در سیستم کنترل فعلی، ویژگی های خودروی مشخص شده در بخش2 بهینه سازی شده است . با وجود اینکه سیستم کنترل بسیار قوی است، افزایش قابل توجه ابعاد خودرو و/یا حداکثر نمودن زاویه چرخها در هر دو مورد، مانع از قدرت مانور خودرو میشود، که ممکن است باعث برخورد خودرو با مانع یا دیواره های محدودهی حرکت شود. در این مورد، تنظیم مناسب TMU برای تغییر مشخصات خودرو با کمک عوامل اعمال شده بر ورودیهای x وy در TMU انجام شده است.[5]
-2.3 سیستم جلوگیری از برخورد با مانع
برای جلوگیری از برخورد با موانع، خودرو باید به دستگاه هایی برای تشخیص شیءهایی که ممکن است بر سر راه آن وجود داشته باشند مجهز باشد. 8 سنسور تشخیص فاصله بر روی خودرو نصب شده است - هرچند در هر لحظه تنها چهار تا از آنها فعال خواهد بود - ، سنسورهای سمت چپ و راست عقب خودرو S1-S2 ، سنسورهای سمت چپ و راست کنار خودرو S3-S6 و سنسورهای سمت چپ و راست جلوی خودرو S7-S8 که d1-d8 نامیده میشوند.
جلوگیری از برخورد خودرو در مدل حرکت آن به سمت عقب بر حسب قاعده کلی زیر است: اگر مانعی بر سر راه خوردو وجود دارد - اگر هر دو مقدار d1,d2, کوچکتر از حد تشخیص از پیش تعیین شده هستند - - - ddet اولین جهت چرخش - چپ یا راست - بر اساس d1-d4 تعیین میشود.
بر اساس جهت چرخش خودرو و موقعیت مانع - که با خواندن سنسورهای عقب شناسایی خواهد شد - یک دروازه ورودی موقت بر روی دیواره محدودهی حرکت در جهت چرخش خودرو وجود دارد. در حال حاضر انتخاب جهت جهت چرخش بر اساس خواندن های سنسور عقب است و موانعی در جهت های جانبی خودرو وجود ندارد. جهت چرخش خودرو مخالف دروازه ی ورودی موقت به سمت عکس دیواره ی محدوده است .
الگوریتم حرکت به سمت جلو شبیه این روش است با این تفاوت که به جای S2,S3,S4 از S5-S8 استفاده کرده و زاویهی قرارگیری مانع B را با 1800 درجه تصحیح مینمایم. عملکرد سیستم جلوگیری از برخورد با این پارامترها شرح داده میشود:
-ddet حد تشخیص مانع
- dexcl اگر مقادیر خوانده شده توسط سنسورهای عقب خودرو بزرگتر از dexcl باشد مقدار آن با d+w شبیه سازی خواهد شد که در آن d مقدار سنسور عقب است که برای تشخیص مانع مناسب است.
-dside از مقایر خوانده شده توسط سنسورهای جانبی خودرو، در تعیین جهت چرخش خودرو استفاده خواهد شد
-wr فاصلهی دروازهی ورودی موقت از خط پیش بینی مانع
- 3.3 وضعیت کنترل انتقال
ما میتوانیم از دو وضعیت در کنترل خودرو صحبت نماییم: - به طور معمول کنترل خودرو توسط TMU که در بخش 3.1 شرح داده شد انجام میپذیرد. زمانی که مانعی توسط سنسورهای فاصله شناسایی نشود ، سیستم جلوگیری از برخورد - بخش قبلی - در سطح پایین خواهد بود و خودرو به حرکت خودش ادامه میدهد - حالت 0 - ، اما زمانی که مانعی توسط سنسورهای فاصله تشخیص داده شود خودرو وارد کنترل بعدی - سطح بالا - میشود و تا زمانی که مانع بر سر راهش باشد در این سطح باقی میماند حالت 1، سپس به حالت عادی برمیگردد و به مسیر حرکت خود تا رسیدن به مانع بعدی ادامه میدهد. به طور کلی عملکرد خوب کنترل کنندهی حالت گذار در حرکت صحیح خودرو موثر است که روش کار این کنترل کننده درسه مرحله زیر توضیح داده شده است.
