پارک خودکار خودرو با کنترلر فازی در متلب :پروژه آماده متلب
پارک خودکار خودرو با کنترلر فازی در متلب :پروژه آماده متلب
پروژه آماده متلب
:پروژه متلب
در این محصول، یک کنترلر فازی در نرم‌افزار متلب برای پارک دوبل خودکار یک خودرو در بین دو خودروی پارک‌شده، طراحی شده‌است. در این مسئله با پارامترهایی نظیر طول و عرض خودروی موردنظر، ابعاد دو خودروی پارک شده و فاصله بین آنها سروکار داریم. روند کلی برای پارک خودرو بین دو خودروی عقب و جلوی آن به این صورت است که یک نقطه از مختصات خودرو بعنوان ملاک تعیین می‌شود. این نقطه تا زمان پارک در محل موردنظر، معیار ما برای انجام محاسبات است. فاصله در جهات x و y و همچنین زاویه قرارگیری خودرو (phi)، در هر لحظه به‌بخش منطق فازی وارد شده و خروجی (چرخش خودرو و سرعت) محاسبه می‌شود.
از نظر دینامیکی، به روش‌های مختلفی می‌توان این مسئله را حل نمود. یکی از روش‌ها، استفاده از ۳ ورودی و ۲ خروجی است. ورودی‌ها شامل فاصله خودرو در جهت x و y و زاویه قرارگیری خودرو (theta) است. همانظور که ذکر شد، خروجی نیز شامل چرخش و سرعت خودرو است. در واقع چرخش نقش فرمان خودرو در هنگام پارک را ایفا می‌کند. در ادامه به توضیح روش حل بطور مختصر می‌پردازیم.
دینامیک پارک دوبل خودکار خودرو
پروژه آماده متلب اگر خودرو را بصورت یک مستطیل درنظر بگیریم، در یک لحظه دلخواه، نحوه قرار گیری خودرو بصورت شکل زیر است. توجه شود که نقطه مبنا، نقطه مشخص شده در انتهای خودرو است.
بدین ترتیب، چنانچه مختصات و زاویه خودرو با سطح افق در یک لحظه مشخص باشد، با استفاده از دینامیک، می‌توان مختصات لحظه بعد را تعیین نمود. در واقع با استفاده از یک رابطه بازگشتی، x، y و theta برای هر لحظه بصورت رابطه‌ی دینامیکی زیر محاسبه می‌شوند.
در رابطه فوق واضح است که x، y و theta در سمت راست (مربوط به مرحله i) مشخص‌اند. با استفاده از خروجی کنترلر فازی (که برای ما سرعت v و چرخش phi را محاسبه می‌کند)، مقادیر سمت چپ تساوی (مرحله i+1) بدست می‌آیند. به همین ترتیب این فرآیند تا رسیدن به موقعیت مطلوب ادامه پیدا می‌کند.
منطق فازی و طراحی کنترلر فازی
پروژه آماده متلب حال به تشریح مغز متفکر این پروژه یعنی کنترلر هوشمند فازی می‌پردازیم. در یک کنترلر فازی، مجموعه‌ها و قوانین فازی وجود دارند. ورودی‌ها به کنترلر وارد شده و با توجه به قوانین تعریف شده، خروجی محاسبه می‌شود. به زبان دیگر، در هر لحظه این فرآیند تکرار شده و ضرایب کنترلر تغییر می‌کنند. این مهم‌ترین تفاوت بین یک کنترلر فازی و کنترلر معمولی (مثلا PID) است. مزیت دیگر کنترلر فازی، نسبی بودن آن است. به‌این معنا که در منطق فازی، هیچ چیز صفر و یکی نیست. یعنی بجای اینکه یک لامپ یا روشن و یا خاموش باشد، می‌تواند کم نور، پر نور نیز باشد. این قابلیت در مکانیزم پارک خودکار خودرو بسیار کاربرد دارد.
مجموعه‌های فازی برای سیستم پارک اتوماتیک خودرو
پروژه آماده متلب قبل از تعریف قوانین فازی برای انجام محاسبات و بدست آوردن خروجی بایستی مجموعه‌های فازی تعریف شوند. مجموعه‌های فازی این قابلیت را به ما می‌دهند تا مثلا فاصله x را بصورت زیاد، متوسط و کم تعریف کنیم. این تعاریف نسبی هستند چرا که “فاصله کم” از نظر هر شخص متفاوت است. مجموعه‌های فازی برای طراحی کنترلر فازی پارک خودکار خودرو، بصورت زیر تعریف می‌شوند.
- مجموعه فازی ورودی فاصله در جهت x: بزرگ (big)، متوسط (medium) و کوچک (small)
- مجموعه فازی ورودی فاصله در جهت y: بزرگ (big) و کوچک (small)
- مجموعه فازی ورودی زاویه خودرو با سطح افق theta: صفر (zero) و بزرگ (big)
- مجموعه فازی خروجی سرعت خودرو v: منفی (negative) و صفر (zero)
- مجموعه‌های فازی خروجی زاویه چرخش خودرو phi: راست (right)، چپ (left) و صفر (ze
سپس در‌بخش طراحی کنترلر فازی نرم‌افزار متلب، این مجموعه‌ها وارد می‌شوند. برای نمونه، مجموعه فازی فاصله در جهت x بصورت زیر در متلب تعریف شده‌است.
همانطور که مشاهده می‌شود، برای تعریف این مجموعه فازی، از توابع عضویت ذوزنقه‌ای استفاده شده‌است. مفهوم این قوانین و مجموعه‌ها به زبان ساده اینست که مثلا فاصله افقی خودرو از محل حاضر تا محل پارک موردنظر را به ۳ قسمت تقسیم کرده‌ایم. این فاصله به ۳بخش فاصله زیاد، متوسط و کم تقسیم شده‌است. باتوجه به نمودار فوق، فاصله‌ای بین ۳۰۰۰ میلی‌متر تا ۵۵۰۰، در دسته فاصله زیاد تعیین شده‌است. همچنین فواصل بین ۱۷۰۰ تا ۴۰۰۰ مربوط به فاصله متوسط و فواصل کمتر از ۲۵۰۰ نیز در دسته فاصله کم طبقه‌بندی شده‌است.
قوانین فازی برای سیستم پارک خودکار خودرو
پس از تعریف مجموعه‌های فازی، قوانین فازی را تعیین می‌کنیم. قوانین فازی بایستی ارتباط بین مجموعه‌های فازی تعریف شده را مشخص کنند. شکل کلی کنترلر، پس از تعیین قوانین فازی بصورت زیر است.
پروژه آماده متلب که در سمت چپ شکل فوق ورودی‌ها و سمت راست نیز خروجی‌ها دیده می‌شوند. با دابل کلیک برروی هریک از مجموعه‌های فازی، توابع عضویت آنها قابل مشاهده خواهد بود. همچنین در تصویر فوق، با رفتن به تب View و سپس Rules می‌توان قوانین فازی مربوط به این کنترلر را مشاهده کرد. برای تغییر قوانین فازی بایستی از مسیر Edit و سپس Rules استفاده کرد. قوانین فازی در نرم‌افزار متلب بصورت شکل زیر می‌باشند.
اولین مورد از این قوانین در شکل زیر آمده‌است. (پس از دریافت این محصول، فایل راهنمای کامل در اختیار شما قرار می‌گیرد)
این قانون به زبان ریاضی نوشته شده و ترجمه آن به زبان فارسی به این صورت است. اگر فاصله در جهت x و y بزرگ و زاویه theta نیز صفر باشد آنگاه، سرعت منفی و زاویه چرخش نیز به سمت راست می‌شود. این قوانین برای طراحی کنترلر فازی، با استفاده از تجارب رانندگی روزمره نوشته شده‌اند. مثلا قانون اول بیانگر حالتی است که خودروی ما در فاصله زیاد (هم افقی و عمودی) با محل پارک قرار دارد. در این حالت خودرو به سمت عقب (سرعت منفی) حرکت نموده و فرمان خودرو به سمت راست هدایت می‌شود. پس از کمی حرکت به سمت عقب به همراه تغییر مسیر خودرو، فاصله کمتر شده و به قانون دوم می‌رسیم. در قانون دوم باید به فاصله کم در جهت y و متوسط در جهت x بپردازیم. به همین ترتیب کلیه حالاتی که ممکن است در پارک دوبل خودرو اتفاق بیوفتد را بایستی به زبان ریاضی تعریف نمائیم.
خروجی نهایی
پروژه آماده متلب پس از طراحی کنترلر فازی، کدنویسی در نرم‌افزار متلب انجام شده تا با درنظر گرفتن یک شرایط اولیه از محل خودرو، فرآیند پارک انجام شود. در این کدنویسی، از حلقه برای محاسبات پی در پی استفاده شده‌است. ورودی‌ها در هر لحظه به کنترلر وارد شده و خروجی محاسبه می‌شود. از خروجی استفاده می‌کنیم تا محل جدید قرارگیری خودرو را محاسبه کنیم. کلیه این فرآیند بصورت کاملا حرفه‌ای کدنویسی شده‌است. همچنین برای درک بهتر از کارکرد کنترلر فازی پارک دوبل خودرو، انیمیشن حرکت خودرو نیز به حل اضافه شده‌است. در انیمیشن گرافیکی حل، دو خودروی پارک شده در ابتدا و انتهای محل پارک و حرکت خودروی موردنظر مشاهده می‌شود. همچنین خط مسیر حرکت نیز برای تشخیص بهتر حرکت، در خروجی اضافه شده‌است.
خروجی متلب :
دیدگاه ها