بخشی از مقاله
چکیده
وسایل نقلیه اتوماتیک با توجه به مزایای بالقوه خود که در رانندگی بدون سرنشین دارند در پژوهش و صنعت بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. با استفاده از شبیه سازی رایانه ای در کنترل حرکت و سرعت وسایل نقلیه می توان خطا و هزینه ها را کاهش داد. منطق فازی، روشی متفاوت را برای مسائلی فراهم میآورد که نیاز به کنترل دارند. این روش بر آنچه که سیستم باید انجام دهد متمرکز است، نه بر چگونگی انجام کارها. بهکارگیری منطق فازی، ساده بوده و قادر است مسائل پیچیدهای را که با روشهای معمولی ریاضی حل نمیشوند، به سادگی و در زمانی کمتر حل کنند. این منطق، همانند دانش فرد خبره، عمل میکند. در این مقاله جهت کنترل یک ماشین بدون سرنشین از طریق کنترل فرمان و فشار پدال گاز جهت رسیدن به مقصد یک کنترل کننده فازی ارائه شده است به گونه ای که ماشین می تواند با نزدیک شدن به موانع تصمیم گیری کرده و مسیر مناسب را پیدا کند.
واژگان کلیدی: شبیه سازی، ماشین بدون سرنشین، موانع، کنترل فازی
-1 مقدمه
ربات یک ماشین هوشمند است که قادر است در شرایط خاصی که در آن قرار می گیرد، کار تعریف شده ای را انجام دهد و همچنین قابلیت تصمیم گیری در شرایط مختلف را نیز ممکن است داشته باشد. با این تعریف می توان گفت ربات ها برای کارهای مختلفی می توانند تعریف و ساخته شوند. مانند کارهایی که انجام آن برای انسان غیرممکن یا دشوار باشد. ایجاد ربات خودمختار که قادر به انجام وظایف بدون دخالت انسان هست یک هدف مهم در رباتیک هست. امروزه شاهد ورود ماشینها و روباتهای تمامخودکار به زندگی بشریت هستیم، که هواپیماهای بدون سرنشین نمونهای از آنها هستند و امروزه کمکم شاهد ورود خودروهای بدون راننده نیز به آن دسته هستیم.
خودرو اتوماتیک با توجه به کاربردهای گسترده که در حمل و نقل، وظایف خطرناک، سیستم های کمک راننده و ... دارند به عنوان بخش مهمی از سیستم های حمل و نقل هوشمند تبدیل شده است. این نوع تکنولوژی را ماشینهای بدون سرنشین و یا ماشینهای بدون راننده و یا ماشینهای تمامخودکار نیز مینامند ولی بهدوراز نامهایی که بر روی این نوع تکنولوژی قرار دادهاند ویژگی بارز این نوع تکنولوژی در این است که بخش قابلتوجهی از کنترل خودرو از دست انسانها خارج شده است و عملاً کامپیوترها آن خودرو را کنترل میکنند.سیستم های فازی سیستم ها مبتنی بردانش یا قواعد می باشد. قلب یک سیستم فازی یک پایگاه دانش بوده که از قواعد اگر-آنگاه فازی تشکیل شده است.
یک قاعده اگر-آنگاه فازی یک عبارت اگر -آنگاه بوده که بعضی کلمات آن بوسیله توابع تعلق پیوسته مشخص شده اند. بعنوان مثال عبارت فازی زیر را در نظر بگیرید: اگر مانع نزدیک است انگاه نیروی کمتری به پدال گاز وارد کنید. بطور کلی دو راه حل برای طراحی چنین کنترل کننده ای وجود دارد یک راه حل استفاده از کنترل کننده های متعارف نظیر PID بوده وراه حل دوم شبیه سازی رفتار رانندگان است بدین معنی که قواعدی که راننده در حین حرکت استفاده می کند را به کنترل کننده خودکار تبدیل نماییم. ما راه حل دوم را در نظر می گیریم. در صحبت های عامیانه راننده ها در شرایط طبیعی از سه قاعده زیر در حین رانندگی استفاده می کنند:
-1 اگر فاصله تا مانع زیاد است آنگاه نیروی بیشتری به پدال گاز وارد کنید. -2 اگر فاصله تا مانع متوسط است آنگاه نیروی متعادلی به پدال گاز وارد کنید. -3 اگر فاصله تا مانع نزدیک است آنگاه نیروی کمتری به پدال گاز وارد کنید. با این حال ما می توانیم یک سیستم فازی را بر اساس این قواعد بسازیم. از آنجا که سیستم فازی بعنوان کنترل کننده استفاده شده، آن را کنترل کننده فازی می نامند. بطور خلاصه نقطه شروع ساخت یک سیستم فازی بدست آوردن مجموعه ای از قواعد اگر - انگاه فازی از دانش افراد خبره یا دانش حوزه مورد برسی می باشد. مرحله بعدی ترکیب این قواعد در یک سیستم واحد است.در این مقاله جهت کنترل یک ماشین بدون سرنشین از طریق کنترل فرمان و فشار پدال گاز جهت رسیدن به مقصد یک کنترل کننده فازی ارائه شده است به گونه ای که ماشین می تواند با نزدیک شدن به موانع تصمیم گیری کرده و مسیر مناسب را پیدا کند.
-2 ماشین بدون سرنشین
در مورد چگونگی کارکرد این نوع اتومبیلها بایستی اضافه شود که آنها شامل مجموعهای پیچیده و درهمتنیده شدهای از حسگرها و رادارها و اسکنرها هستند تا بتوانند تمام شرایط محیطی و درونی را با بیشترین جزییات حیاتی برای پردازندههای قوی خود مخابرهکنند تا متعاقباً آن پردازندهها دستورات لازم را به خودرو صادر کند. بدون شک اتومبیلهای بدون سرنشین نیز مانند دیگر تکنولوژیهای روز دنیا به خاطر دلایلی به وجود آمدهاند که ازجمله مهمترین آنها میشود به کاهش بسیار زیاد حوادث رانندگی اشاره کرد، زیرا این نوع خودروها به دلیل استفاده از کامپیوتر بجای انسان و مجموعه عظیمی از حسگرها احتمال اشتباه در آنها بهشدت نسبت به انسان پایینتر است از طرفی این نوع خودروها در زمان حادثه به دلیل عدم شوکه شدن و مسائل روانشناختی دارای زمان عکسالعمل بسیار پایینی است که این نیز خود به کاهش حوادث بسیار کمک میکند.
از نگاه دیگر اگر بخواهیم این موضوع را بررسی کنیم بایستی به تأثیر شگرف این نوع خودروها بر حجم ترافیک اشاره کرد زیرا این نوع خودروها میتوانند با یکدیگر در ارتباط باشند و از طرف دیگر نیز میتوانند با مراکز کنترل ترافیک در ارتباط باشند که این میتواند به کنترل ترافیک بسیار کمک کند.برای آنکه بتوانیم حرکت ماشین را کنترل کنیم، نیاز است که معادلات حرکت خطی و دورانی آن را به دست آوریم ؟به دست آوردن این معادلات نیازمند آگاهی و بررسی کامل نیروهای مختلفی است که بر روی ماشین اعمال می شود و به دلیل آن که در بیشتر موارد عملی، به دست آوردن این نیروها نیازمند حل روابط فراوان است و موجب صرف زمان و پیچیدگی بیش از اندازه مساله می گردد، بایستی با استفاده از انجام آزمایشات فراوان و در مواردی مدلسازی و استفاده از تشابه ابعادی، این نیروها و گشتاورهای وارده را تخمین زد ؟ در این مقاله به جای استفاده از آزمایشات یاد شده بر روی مدل واقعی ماشین و یا ساده سازی هایی که منجر به کاهش دقت گردد، از کنترل کننده فازی استفاده می گردد×؟مزیت این کنترل کننده آن است که ورودی به سیستم کنترل را بدون در نظر گرفتن خود سیستم و فقط از روی داده های خروجی در هر لحظه کنترل می کند.
-3 کنترل فازی
ساختار کلی یک کنترل کننده با منطق فازی - FLC - یا یک کنترلر فازی - FC - به طور خلاصه از سه قسمت پایه ای تشکیل می شود : -1 فازی کردن - بخشی که با ورودیها ارتباط دارد - -2 موتور استنتاج که مبتنی بر قواعد فازی است -3 غیر فازی کردن - بخشی که با خروجیها ارتباط دارد - . این 3 مرحله در شکل 1 نشان داده شده است:
