基于自適應控制的車燈轉動系統的設計

杜洋 江蘇無線電廠有限公司

基于自適應控制的車燈轉動系統的設計

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汽車在夜間行駛，由于固定式的車燈不能隨車實際的行進方向同步，因此造成了視野盲區，容易引發交通事故。為了提高駕駛員夜間行車的安全性，設計了一種車燈隨動控制系統。

自適應控制 角度傳感器 模糊控制

本文設計了一種行車燈控制系統，該系統可以自動控制近光燈隨車輪轉動，增加駕駛員的可視范圍，降低了事故風險。

1 車燈控制系統

本系統通過傳感器將車輪轉動的角度轉化為電信號輸入到控制芯片中，然后再將信號輸出給照明燈轉動電機，從而實現對車燈照射角度的改變。系統示意圖如圖一所示。

圖1 控制系統結構簡圖

2 自適應控制系統

2.1 自適應控制概述

自適應控制系統能夠根據參數改變，而進行自身特性的調整的反饋控制系統，具有線性定常的特性。自適應控制器設計的參考因素包括：收斂性、穩定性和魯棒性，自適應控制系統模型由于其獲得的信號的特性中沒有計生高頻成分，故可能會導致系統的不穩定。該系統使用收斂性分析方法應用具有一定局限，不能適用于復雜的模型上，并且對適用條件要求嚴格。

2.2 自適應控制器

汽車在轉彎過程中轉向軸偏轉的角度稱為偏差。系統采用雙端輸入、單端輸出，確保系統控制輸入輸出的穩定性和準確度。定義E為偏差，De為偏差變化率，E和De作為雙端輸入量，轉動角度P作為單端輸出控制量。

方向盤極限偏差為540°。假設偏差E的離散點數量為 15，則其論域為：{1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15}，DE與 E的 論 域 相 同。 用 符 號{ZB,ZV,ZM,ZS,Z,YS,YM,YV,YB}分別表示偏差量定性描述{左大，左較大，左中，左小，零，右小，右中，右較大，右大}。

轉動角度P相對參考點的論域為{-35,35}。其離散點分別為{-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5} 共 計 11 個，定量描述取{左大，左中，左小，右小，右中，右大}，用字母表示為{ZB,ZM,ZS,YS,YM,YB}。

假定向左為正，向右為負，則車輪偏轉角度上下限為±35°，轉向軸偏差范圍為±540°，偏差E的基本論域為{-540，540}。取n=7，離散為15個點，定義量化系數為k1，由式（1）計算得：

設偏差變化率的實測值Ds，它是非線性連續的。假設De的變化范圍為{-5，5}，取n=5，離散為11個點，則量化系數k2通過（1）計算得0．009。Ds經過模糊處理后，映射到De論域上的點Ns計算得：

若偏差變化率實測值為Es，則模糊化侯的論域點可計算：

偏差隸屬度采用等腰三角形模化法確定，偏差E的定性描述模糊劃分如圖2所示。De的定性描述模糊劃分與圖2相似，只需將坐標軸轉化為De。

圖2 偏差E模糊劃分

參照專項控制系統特點，偏差E、轉角P和偏差變化率De相互影響，構成蘊涵關系。因此，系統的控制能力取決于偏差和偏差變化率，兩者均較大時，控制力強。De較小時，系統穩定。

模糊化后的輸入偏差和偏差變化率為模糊量，分別將兩個輸入的模糊量定義為H0、G0，定義輸出的模糊量為M0。則。然后根據E、De的偏差模糊量計算得到M0。清晰量P按照系統中心法得：

根據設計，前照近光燈的轉動角度P上下限為±35°。取值n=5，其論域離散為11個點。轉換比例因子設Np為P論域上的點，則輸出的實際控制量

3 轉角控制模塊設計

3.1 角度傳感器

角度傳感器用于感應轉動角度的變化，轉軸每轉過22．5°，計數一次。同方向轉動計數增加，反向改變計數減小。傳動驅動系統動作頻率高，也要求較高的精度，采用四環閉環控制配置角度傳動系統，以減少機械磨損導致的誤差。

3.2 電機控制單元

步進電機的速度影響了其是否能夠正常啟動，為使電機正常啟動并且能高速運轉，本系統的脈沖頻率采用線性曲線脈沖的方式。選取升壓升頻驅動方式的電機，恒壓控制驅動電路，采用8通道的邏輯驅動，便于對單極兩相步進電機或者直流電機進行驅動。

4 結束語

本文設計的車燈隨動系統，采用了模糊控制算法和自適應系統兩種方式，以方向盤的連續轉動為信號源，在影響原有照明設計的條件下實現對車燈的隨動控制。增加了駕駛員夜間行車的可視范圍，保障了行車安全。

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杜洋，1989.12，男，漢族，江蘇省南京市，本科，助理工程師，從事電子通信方面的研究。