毕业设计开题报告样本

甘肃畜牧工程职业技术学院

毕业设计开题报告

题 目：基于模糊神经网络控制的汽车ABS系统 系 部： 专 业： 班 级： 学生姓名： 学 号： 指导老师： 日 期：

(本报告一式三份，一份交指导教师，一份存系上，一份存学生设计档案袋)

一、课题来源 省级科研项目《汽车制动系统装置研究》的子课题。 二、设计目的和意义 ㈠ 研究目的 ⒈ 建立基于汽车防抱死制动系统理论的汽车动力学模型、选用适宜的控制策略和控制算法，用MATLAB／Simulink工具在计算机上实现汽车ABS系统的仿真控制。并对控制器进行仿真训练。获取开发经验，为更进一步的研究、开发汽车ABS控制器奠定良好的基础。 ⒉ 研制以Intel公司的89C51单片机为主芯片的电子控制单元(ECU)。在制动实验室“四轮汽车制动/驱动性能检测试验台”上进行数据采集，并用所采集的数据设计的ABS控制器进行离线训练。将控制器连接于实验台并在线实验验证其控制性能。 ㈡ 研究意义 国外汽车ABS技术已经基本成熟，我国在这方面的研究才刚刚起步，因此加强ABS技术的研究有重要意义。ABS对汽车性能的影响主要表现在减少制动距离、保持转向操纵能力、提高行驶方向稳定性以及减少轮胎的磨损方面。传统的基于车轮加、减速度门限值和基于车轮滑移率的控制策略在解决汽车制动时的变工况和非线性的情况方面有所欠缺。 模糊控制和神经网络都属于智能控制，基于模糊神经网络的ABS控制系统将二者优势互补，各取所长：模糊技术长于表达和处理不确定性知识，神经网络长于学习和扩展知识，它们都不需要复杂的被控对象的数学模型，它们的结合能有效地解决汽车制动过程中的变工况和非线性特点的影响，增加汽车制动系统的安全性和稳定性。 基于模糊神经网络的ABS控制系统的出现，意味着新一代制动系统的发展将会有更广阔的空间。该控制算法的研究，也将为汽车电子控制技术展示新的智能化方向，该控制器的开发将有助于智能汽车技术的进一步发展。 三、国内外现状和发展趋势 目前，汽车使用的液压制动ABS系统产品，大多是基于车轮加、减速度门限值控制策略。这种产品依赖于门限值的选取，需要大量的适用数据才能取得某类车型的合适门限值，当路面工况变化时，难以及时调整门限值。基于车轮滑移率的ABS控制器目前有较多的控制算法，如：滑模变结构控制、PID控制、最优控制。鲁棒控制以及模糊控制。它们各有优点，但在处理变工况、不确定性情况及非线性模型方面有所欠缺。 以模糊技术、神经网络和进化技术为内容的人工智能(Artificial Intelligence)控制运用各种自动机器或智能机器模仿、延伸和扩展人的功能，实现知识的判断、理解、推理、识别及学习等。人工智能的出现和发展促进了自动控制向智能控制的方向发展。汽车智能ABS装置的设计将是新一代汽车制动的研究方向。当前模糊控制技术较为成熟，用模糊控制技术研制的ABS控制器已经出现，而神经网络理论不太完善，正在发展中，因此应用神经网络控制的汽车ABS系统还处于理论研究阶段，至于工程实现还有待于进一步的研究开发。至于将两者结合的ABS控制方法的研究几乎处于起步阶段。国内外已经有学者先后发表了将模糊神经网络用于飞机制动器、汽车自动驾驶、主动和半主动悬架控制、牌照识别、路面识别、发动机燃烧控制等方面，但用于汽车制动的并不多见。 基于模糊控制技术和神经网络技术的结合优势，可以预测，随着高速在线学习能力的神经网络芯片和大规模容量的模糊处理芯片的发展，汽车智能ABS控制器将成为实用产品，与智能汽车的发展同步。 四、设计内容、途径及技术路线 ㈠研究内容： ⒈ 研究基于模糊技术和神经网络技术的汽车ABS控制算法。 ⒉ 建立基于模糊技术和神经网络技术的汽车ABS的控制器模型，并实现仿真。 ⒊ 设计以89C51单片机为主芯片的ECU电路，并编制相应软件。 ⒋ 在“四轮汽车制动/驱动性能检测试验台”上在线验证控制器的功能。 ㈡研究途径： 收集相关资料和文献，系统学习模糊控制技术和神经网络控制技术，按照汽车制动理论所建立的数学模型制定控制策略及选用适当控制算法，建立完整仿真模型并仿真，对神经网络部分进行训练。设计以89C51单片机为主芯片、以四个车轮传感器为输入信号、轮缸压力控制信号为输出信号的ECU电路，制作硬件并在线调试程序。 ㈢技术路线： ⒈ 根据汽车ABS制动系统的变工况、非线性特点及实时性要求，选用控制滑移率为最佳值的控制策略，采用模糊控制为主体与神经网络控制相结合的控制算法，以汽车原有液压制动系统为ABS执行器。 ⒉ 以滑移率误差及其误差变化率为输入，利用MATLAB模糊逻辑控制箱设计模糊控制器，研究模糊控制算法，得到算法控制表。当车轮滑移率误差e<0时，输出控制量u＝-1，当车轮滑移率误差e＝0时，输出控制量u＝0，当车轮滑移率误差e>0时，输出控制量u＝1。 ⒊ 以模糊控制规则为输入，利用MATLAB神经网络控制箱设计神经网络控制器，研究神经网络控制算法，用模糊控制规则表作为“输入-输出”样本对数据，对神经网络进行离线训练。 ⒋ 以Intel公司的8位高性能单片机89C51为核心控制器研制汽车ABS控制系统，并设计单片机硬件和软件系统。硬件设计采用Protel DXP 2004制作原理图和印刷电路版，软件设计计划采用89C51汇编语言编程，以有效提高软件开发和维护效率。 ⒌ 在线调试时在实验室四车轮制动／驱动性能检测试验台进行，使用滚筒速度代替车身速度，通过轮速传感器测得滚筒速度和车轮速度，通过ECU计算出制动过程的滑移率及滑移率变化率，然后由神经网络进行决策，输出信号控制固态继电器进一步控制ABS管路电磁阀的开关，实现汽车ABS系统的加压、减压和保压控制过程，使制动过程保持在最佳滑移率附近，达到良好的制动效果。 五、设计工作的主要阶段、进度和指标 阶段 第一阶段 第二阶段 第三阶段 第四阶段 第五阶段 起始日期 终止日期 2005.06 2005.11 2006.02 2006.04 2006.05 进度 技术指标 丰富全面 符合精度要求 设计合理 结构化、模块化 实现制动控制 详细全面 2005.11 完成选题和资料收集 2006.02 控制器设计仿真及训练 2006.04 完成硬件设计和软件编程 2006.05 进行在线调试 2006.06 编写论文准备答辩 六、最终目标及完成时间 所设计的ABS控制器，在车速为80km／h时开始制动。根据所采集的车轮轮速传感器和车身减速度传感器的信号，经过ECU计算出各车轮所需的制动力，液压执行单元根据ECU输出的控制指令分别控制每一个车轮上的制动压力调节器，使车辆更快速、更稳定地制动或减速。本控制系统经MATLAB／Simulink编程在计算机上实现仿真，在实验室四轮汽车制动/驱动性能检测试验台上实验验证。 2006年6月完成论文“基于模糊神经网络控制的汽车ABS系统”。 七、现有条件及必须采取的措施 汽车制动系统性能研究室拥有单车轮ABS制动试验台，新建成四轮汽车制动／驱动性能检测试验台。拥有电子示波器、信号发生器、编译器等仪器。学院还建有汽车专题资料库。 必须措施：现有条件上还需开发基于模糊技术和神经网络技术的汽车制动控制算法，设计并制作出电控单元ECU，并编制相应控制软件。 八、协作单位及要解决的主要问题 协作单位：学院制动实验室。 所要解决本课题的主要问题是：控制策略的开发和仿真，以及ECU的设计、制作和调试。如条件允许，需解决：购买专用于神经网络开发的集成芯片及开发软件，购买专用于模糊控制技术开发的集成芯片及开发软件，购买用于制动器设计的较精确的车辆动力学模型及缩短电控产品开发周期的快速成型系统软件。 九、指导教师审核意见 指导教师签名 年 月 日 十、系毕业设计(论文)领导小组意见 组长签名 年 月 日