智能车设计中增量式PID控制算法的运用_徐世豪

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智能车设计中增量式PID控制算法的运用

□徐世豪 海南师范大学 【摘要】 智能车是现代科技研究与发展的重要方向之一，控制系统是智能车研发的关键所在。本文以增量式PID控制算法作为智能车研究的切入点，通过实验分析得出采用增量式PID控制算法能够起到提升智能车系统控制的目的，提升车辆的运动性能。【关键词】 智能车增量式 PID控制算法

一、智能车总体方案设计智能车的运行是基于传感器提前感知到道路的具体情况，进而通过内部控制系统发出相应的指令，做出相应的应对措施，调整行驶状态，达到顺利通过的目的。综合现有研究，智能车的运行状态如下图1所示：行驶变成了摇摆不定的曲线。同时，因方向不定的影响，模型车的速度得不到提升。积分作用系数ki的作用是消除系统的稳态误差。ki越大，系统的稳态误差消除越快，但ki过大，在响应过程的初期会产生积分饱和现象，从而引起响应过程的较大超调。若ki过小，将使系统静态误差难以消除，影响系统的调节精度。采用微分作用系数kd的目的在于避免智能车在行驶过程中向任何方向发生偏差并及时发出警报，以起到提升智能车动态性能的作用。需要注意的是应根据智能车的特性设定kd的值，过大或过小均难以发挥出应有的功效，影响到系统功能的发挥。此外，对于智能车弯道方向的行驶要求舵机足够图1 控制原理控制器的输入是传感器信息(道路检测传感器和速度传感器信息);输出是执行器件(舵机和直流电机)的控制参数。控制器要完成的主要任务有:图像采集、速度测量、图像处理、方向和速度控制。根据任务需要，控制器中应包含有图像采集模块、引导线提取算法、图像识别算法、脉冲计数模块、定时器模块、速度测量算法、方向控制算法、速度控制算法，如图2所示。[1]灵敏，能够随时根据道路的实际情况做出反应，以适应各类突发情况。同时，在直道行驶过程中，需要稍微降低舵机的灵敏度，以降低频繁转向带来的阻力，保障智能性的稳定性。2.2 PID参数整定PID算法控制式的任何一个参数的设定均会对智能车的控制效果产生直接影响，为达到最佳的控制状态，需要实验过程中尽可能的测试多组数据，以从中得出最佳参数，实现最佳控制状态。下面就以舵机参数的整定作为案例分析PID算法参数的整定过程。其一，结合相关理论选定符合需求的比例系数，将之加载到模型车上进行测试。经过不断的调整参数，观察效果直至能够随机控制舵机以匀速调整方向，记录该数值，将之作为最佳P算法的比例系数；其二，在获取到P算法的比例系数后，继续进行D算法的测试，同理不断调整参数并通过观察测试效果直至舵机对于引导线位置的快慢变化做出快速反应和不做出快速反应。记录该数值，获取图2 控制器设计框图二、智能车的控制算法2.1 PID参数的影响采用比例系数kp的目的，在于通过提升智能车系统的响应速度以提升其调节的精度，但需要合理控制kp的数值，不宜过大和过小。例如，当kp数值过大，则会加速系统的响应速度，导致超调进而危及到系统的稳定性。当kp数值过小，则会降低系统的响应速度而调节的精度随之下降，进而导致系统调节的时间被延长，破坏系统的动态性能与静态性能。在实验过程中，模型车在行驶过程时，随着kp系数增加舵机的反应速度得以提升，模型车在横向转向时，舵机迅速做出反应并及时调整方向。然而，当模型车处于直线行驶时，因车速较快导致出现控制不灵的问题，表现为：高速行驶过程中，模型车左右晃动难以及时稳定方向，致使直线到了pd算法的参数[2]；其三，经过前面两个环节即实现了积分参数的整定，完成了PID参数整定的过程。积分参数科学整定，能够起到提升对智能车精确控制的作用，尤其是能够避免静态误差的不利影响。同时，在本文的设计中主要在于探究PID算法的运用，为此并未过于追求模型车能够达到实际测试车辆的精确，力求实现对之模型车速度的精确控制即可。经过实验发现，PID算法的运用能够达到良好的控制效果。模型车在直道路线行驶过程中，经过P控制可以减少转向的的灵敏度以快速将车速提升到预定值；在弯道行驶过程中，经过PD控制并加入微分项，能够提升转向的灵敏度，便于模型车能够快速适应不同车道的变化。结束语：综上所述，在智能车设计中采用增量式PID控制算法能够取得良好的效果。智能车直线行驶过程中，舵机基本处于平静状态而且智能车的速度达到最高；在弯道行驶11

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计算机软件开发设计的难点分析

□孙磊 枣庄科技职业学院【摘要】 本文首先深入分析了计算机软件开发设计的难点，然后讨论了攻克计算机软件开发设计难点的方法。旨在为计算机软件领域的研发人员和高等院校软件教研工作者以及计算机软件专业的学生提供参考。【关键词】 计算机 软件开发 软件设计

Analysis of the difficulties in computer software development and design

Sun Lei (Zaozhuang Vocational College of Science and Technology, Shandong Province Tengzhou City,277500)

Abstract: This paper first analyzes the difficulties of computer software development and design, and then discusses the methods to overcome the difficulties of computer software development and design. The aim is to provide reference for the research and development of computer software, and the software and teaching staff and students in Colleges and universities.Key words: computer; software development; software design

2016年着力强调了创新对于各个行业发展的重要作用，纵观我国软件行业，呈现出的主要特点是模仿居多而创新较少。究其原因主要是因为软件开发设计的过程中存在较多的困难，这些困难阻碍了软件行业的发展。此外，我国各大高校软件专业毕业生毕业设计的制作难度也非常大，这也在一定层面揭示了我国软件行业发展较慢的原因。互联网时代、笔记本电脑和ipad，智能手机渗透到生活的各个角落，工业3.0时代对智能机械生产的要求，当下银行自助服务机器取代人工服务，这些都为计算机软件开发行业提供了前所未有的机遇，同时也提出了各种各样的挑战。因此，深入研究计算机软件开发设计的难点，对于软件行业的发展具有重要意义。一、浅析计算机软件开发设计的难点1.1软件开发的分析工作做得不够充分计算机软件开发设计的难点之一是软件开发的分析工作做得不够充分。该项工作做不到位产生的直接影响是对软件使用的企业或者个人的信息处理带来不便。例如，在软件的运行过程中由于软件自身不稳定导致的存储数据丢失、外连USB设备中的数据不识别、软件程序单位时间内信息处理量过小等等。这些都严重影响了软件使用者的工作效率，同时也让软件失去了在同类软件中的竞争力。导致软件开发分析工作做得不够充分的原因主要有三个。第一，在软件设计之前为对软件的目标客户的实际需求进行细致分析。由于当下生活生产分工越来越细致，人们的生活也越来越精细化，软件的目标客户也越来越清晰。当代社会，计算机软件的专业性要比其多功能性更重要。如果在软件开发之前未能锁定客户，软件的使用价值则会大幅度降低。第二，在软件设计开发前没有对同类软件的特点进细致分析。软件开发是创造前人所没有，从而填补市场空缺。如果发现熟悉的软件研发项目，一定是既有的软件无法满足个人或者企业对其功能的需求。对同类软件进行研究，通过调查分析了解这些软件的优缺点，能够明确软件开发的研究重点，有的放矢。第三，在软件设计之前没有对软件研发成果出来后的信息技术环境进行分析。计算机软件开发设计要与互联网大环境相联系，不能够孤立地进行软件研发，从而避免研发出的软件在升级更新后的计算机系统中无法顺利运行。1.2软件开发设计的规划工作缺乏实际性计算机上软件开发设计的难点之二是软件开发设计的规划工作缺乏实际性。该项工作做不到位产生的直接影响是计算软件在运行中出现各种问题。计算机软件在本质上是由1和0的二进制码编程的，软件编程的实质是大量的数学方面的逻辑运算。软件在使用中又是由各个环节组成的，各个环节间的逻辑顺序非常重要。如果在软件开发之前没有进行缜密的设计规划，其结果是软件各个环节之间衔接不畅，最终导致软件的实际应用价值大打折扣。导致软件开发设计的规划工作缺乏实际性的主要原因有三个。第一，软件开发项目缺少具有具有领导力的优秀技术人才。软件工作规划对于其研发工作的高效开展具有决定性作用。这就需要软件项目负责人具有丰富的经验和绝对的领导力，从而做出切合实际的工作计划。第二，软件的开发团队缺乏协作精神。软件各个环节编程之间存在内在的逻辑关系，前后之间有深远的影响。如果某些工作人员在自己所辖段的编程中方便自己，可能影响到上下游的编程工作。只有编程工作人员对项目整体有感知，在工作中具有团队协作精神，才能开发出高质量的软件。第三，软件工作者的整体数学应用能力和表达能力还存在提升空间。软件编程对数学应过程中，舵机能够迅速做出反应，车速随之下降并顺利通过。该实验效果充分说明了PID控制算法的运用能够达到智能车▲设计的要求。但如需进一步强化智能车的性能，尚需要辅助其他算法以不断优化智能车的性能。参 考 文 献[1]杨晓岚.PID算法在智能车中的应用.《实验科学与技术》, 2010, 08(4):187-1

[2]刘艳春，赵立双.基于增量式PID控制算法的恒温控制系统.《信息技术》, 2014(2):167-169

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