Nhiệm vụ của bộ điều khiển PID là phát hiện sai lệch e, tạo hàm điều khiển u sao cho hệ thống ổn định đầu ra y và đảm bảo chất lượng động, tĩnh theo yêu cầu theo giá trị đặt r [3]. Bộ điều khiển có phản hồi dùng PID có cấu trúc như hình 3, trong đó C(s) là bộ điều khiển PID, P(s) là hàm truyền của đối tượng.Bộ điều
khiển PID được xây dựng trên ba chức năng điều khiển tỷ lệ P, tích phân I, đạo hàm D, được biểu diễn bởi phương trình điều khiển
C(s)=𝐾𝑝 +𝐾𝐼
𝑆 + 𝐾𝐷𝑆 (3.7)
Hình 3.12 Cấu trúc của bộ điều khiển PID
Tùy theo đối tượng điều khiển, bộ điều khiển PID sử dụng ở các dạng khác nhau: P, PI,PD,PID. Việc tính toán và lựa chọn tham số, các bộ điều khiển để đảm bảo chất lượng yêu cầu gọi là thiết kế và tổng hợp bộ điều khiển. Có nhiều phương pháp tổng hợp bộ điều khiển, trong bài báo này việc tổng hợp bộ điều khiển cho hệ điều khiển hành trình xe sử dụng công cụ PID Tuner
Sau khi nhập các thông số vào mô hình, sử dụng công cụ PID Tuner chỉnh định thông số bộ điều khiển cho kết quả Kp = 0.1, Ki= 0.01, Kd=0.
Cho chạy mô phỏng với các giá trị tốc độ ban đầu 20m/s sau thời gian 90 cho xe tăng tốc lên 30m/s, xe hoạt động ổn định đến thời gian 100s lực cản đặt lên xe thay đổi do thay đổi độ dốc 30 °.
Hình 3.14 Thông số mô phỏng của xe Hyundai Elantra 2018 trong matlab
Từ công thức (3.2), (3.3), (3.4), (3.5) kết hợp với các khối Matlab funtions, khối constants, khối gain, khối sum, khối scope ...ta xây dựng được mô hình hệ thống Cruise Control trên xe:
Hình 3.15 Mô hình mô phỏng hệ thống Cruise Control trên ô tô
Ở Hệ thống Adaptive Cruise control
Hệ thống ACC/CC hoạt động ở hai chế độ khác nhau tùy thuộc vào tình huống phía trước hệ thống sẽ ở trạng thái giám sát tốc độ hay khoảng cách: Nếu cảm biến của xe chủ phát hiện bất kỳ xe nào khác phía trước, hoặc có xe di chuyển với tốc độ chậm hơn, bộ điều khiển tốc độ trong chế độ CC bị ngắt chuyển sang chế độ điều khiển khoảng cách trong chế độ ACC. Nếu cảm biến của xe chủ phát hiện khoảng cách với xe phía trước lớn hơn khoảng cách mong muốn bộ điều khiển sẽ chuyển sang chế độ giám sát tốc độ CC. Việc chuyển hai chế độ khác nhau được thực hiện bằng bộ logic chuyển đổi ACC/CC. Quy tắc chuyển mạch ACC/CC được thể hiện trong bảng dưới đây :
Bảng 3.1 Quy tắc chuyển mạch ACC/CC
Vh < Vdes Vh ≥ Vdes
d < ddes ACC CC
Cấu hình một hệ thống ACC gồm luồng điều khiển như hình 6 trong đó u t là tín hiệu điều khiển ga, u b là tín hiệu điều khiển phanh, 𝑉ℎ là tốc độ của xe chủ,
𝑉𝑙 tốc độ của xe phía trước, d là khoảng cách giữa hai xe, d des khoảng cách hành
trình đặt trước giữa hai xe, v des tốc độ hành trình đặt trước. Hệ thống gồm hai bộ kiểm điều khiển kiểm soát; bộ kiểm soát vòng ngoài được gọi là điều khiển phát hiện đối tượng cản trước, nhằm mục tiêu kiểm soát khoảng cách giữa tốc độ tham chiếu mới của xe được trang bị ACC và xe phía trước, được thực hiện bằng bộ điều khiển PID, bộ kiểm soát vòng trong có nhiệm vụ giám sát vận tốc tham chiếu [4].Khoảng cách giữa 2 xe khi đang di chuyển được tính như sau [4]:
v = 𝑑′ = 𝑉𝑙 − 𝑉ℎ → 𝑑 = ∫ (𝑡1𝑡2 𝑉𝑙 − 𝑉ℎ)𝑑𝑡 (3.8)
Hình 3.16 Cấu trúc của một hệ thống điều khiển ACC
Từ công thức 3.8 kết hợp với các khối và mô hình như ở hệ thống Cruise control ,ta xây dựng được các khối mô phỏng trong hệ thống ACC như sau:
Hình 3.17 Mô hình xe đi phía trước
Bằng việc dùng công thức 3.8 cùng với các khối switch, khối so sánh, hàm điều khiển PID, khối scope, khối sum,....Với các điều kiện được thiết lập là hai xe hoạt động với tốc độ ổn định theo hệ thống Cruise control, xe phía sau thiết lập khoảng cách an toàn là 30m.Trong quá trình mô phỏng đến giây 60 của mô phỏng, khi xe phía sau được thiết lập tăng tốc độ lên với vận tốc đặt khoảng tầm 130 km/h, lúc này xe phía trước lại giảm tốc độ theo tốc độ đặt xuống khoảng 65 km/h. Lúc này hệ thống Adaptive Cruise Control sẽ hoạt đông và giảm tốc độ của xe phía sau sao cho đảm bảo khoảng cách an toàn là 30 mét.
Ta có mô hình hệ thống ACC được xây dựng như sau:
Hình 3.18 Mô phỏng hệ thống Adaptive Cruise Control trên Simulink