基于電磁傳感器的智能車控制畢業(yè)論文-資料下載頁

　　

【正文】 的控制中，能夠提高舵機和伺服電機的反應速度，改善智能車系統(tǒng)的動態(tài)性能。（6）智能車控制系統(tǒng)結(jié)構智能車的控制主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面是方向的控制，也就是對舵機的控制；另一方面是對速度的控制，也就是對伺服電機的控制。舵機的數(shù)學模型較為簡單，具有很好的線性特征，只采用前饋控制；智能車的速度控制相對復雜一些，速度模型無法準確建立，采用前饋改進 PID 算法進行控制。智能車的控制系統(tǒng)結(jié)構如下圖 所示。圖 智能車的控制結(jié)構圖圖 中， 分別是舵機和伺服電機數(shù)學模型。從圖中可以看出，智能車的方向控制和速度控制是相互獨立的，而且它們都是由路線偏差決定的。舵機轉(zhuǎn)角與路線偏差之間的對應關系是根據(jù)舵機的數(shù)學模型得到的，在速度控制回路中，既包括反饋回路，又包括前饋環(huán)節(jié)，伺服電機的控制量是在前饋補償基礎上，再由增量式 PID 算法計算得到。 轉(zhuǎn)向控制的 PD 調(diào)節(jié)智能車對方向的控制有兩點要求：在直道上，方向保持穩(wěn)定；在轉(zhuǎn)彎處，需要方向變化準確而且迅速。只有這樣，才能保證智能車在跑道上高速、穩(wěn)定地運行。為了提高方向控制的魯棒性，本文還對路線偏差進行了模糊化處理。圖 5 是智能車方向模糊前饋控制的結(jié)構圖，圖中 分別是直道和彎道兩種情況下的前饋控制函數(shù)。圖 智能車方向控制系統(tǒng)結(jié)構圖 速度控制策略為了使智能車在直道上以較快速度運行，在轉(zhuǎn)彎時，防止智能車沖出跑道，則必須將智能車的速度降低，這就要求智能車的速度控制系統(tǒng)具有很好的加減速性能。當智能車經(jīng)過連續(xù)轉(zhuǎn)彎的跑道時，路線偏差的頻繁變化會造成速度設定的頻繁變化，這會引起速度控制系統(tǒng)的振蕩，并且微分環(huán)節(jié)對誤差突變干擾很敏感，容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。為了解決上述存在的問題，本文對數(shù)字 PID 算法進行了改進，將不完全微分和微分先行引入到 PID 算法中，大大改善了速度控制系統(tǒng)的動態(tài)性能。圖 是智能車速度控制系統(tǒng)結(jié)構圖由于賽道路況和智能車的姿態(tài)會經(jīng)常變化，所以速度控制系統(tǒng)的模型也是不定的，為了提高系統(tǒng)的適應性，本文速度控制系統(tǒng)中采用了模糊 PID 算法。將速度設定和實際速度進行模糊分檔，通過調(diào)試得到不同情況下相對最優(yōu)的PID 參數(shù)，保證了速度控制系統(tǒng)在不同情況下都有較好的控制效果。 起跑線檢測電磁組智能車的起跑線與光電和攝像頭組的競賽都有所不同，它是以 6 塊磁鐵為起跑線的檢測：圖 競賽跑道起跑區(qū)示意圖由于是以磁鐵為起跑線，如果用檢測導線的傳感器去檢測起跑線是不現(xiàn)實的，所以我們采用干簧管為起跑線的檢測裝置。干簧管是一種磁敏的特殊開關。它通常由兩個或三個既導磁又導電材料做成的簧片觸點，被封裝在充有惰性氣體(如氮、氦等)或真空的玻璃管里，玻璃管內(nèi)平行封裝的簧片端部重疊，并留有一定間隙或相互接觸以構成開關的常開或常閉接點。當永久磁鐵靠近干簧管時，或者由繞在干簧管上面的線圈通電后形成磁場使簧片磁化時，簧片的接點就會感應出極性相反的磁極。由于磁極極性相反而相互吸引，當吸引的磁力超過簧片的抗力時，分開的接點便會吸合。當磁力減小到一定值時，在簧片抗力的作用下接點又恢復到初始狀態(tài)。這樣便完成了一個開關的作用。6 開發(fā)與調(diào)試 軟件開發(fā)環(huán)境介紹Codewarrior是Metrowerks公司開發(fā)的軟件集成開發(fā)環(huán)境，飛思卡爾所有系列的微控制器都可以在codewarrior IDE下進行軟件開發(fā)。本模型車所用的處理器是MC9S12XS128，程序調(diào)試是在codewarrior IDE ，所用語言為C語言。 首先要新建一個基于 Mc9sDG128B 的 HCS12 的工程，選用語言為 C 語言，具體的過程如圖 71 到 72 所示。建立好新的工程后，就可以在編譯器里進行程序的編寫。圖 Codewarrioer 新建工程界面圖 智能車整體調(diào)試 舵機調(diào)試首先在程序里不斷的修改舵機的控制量，確定舵機左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)極限的PWM值，記下該值留著在程序里設定左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的極限值。然后用一小段跑道來測試舵機的轉(zhuǎn)向，用不同的跑道段來測試模型車的轉(zhuǎn)向是否符合要求，當用的是直道時候要保證模型車的舵機位置絕對的居中，小“S”道時候，模型車給出的轉(zhuǎn)角應該足夠的小，大“S”時候轉(zhuǎn)角應該近似為圓弧弦的角度，彎道時候要給足轉(zhuǎn)角。 電機調(diào)試 像測試舵機一樣用不同的賽道來測試電機給出的轉(zhuǎn)速是否滿足實際控制的需要，當用的是小“S”道時候，模型車應該保持直道上的速度，大“S”時候，應該適當?shù)臏p速，以使得通過時候不會產(chǎn)生過大的超調(diào)，彎道時候要能夠很的將速度降下來，如果是急轉(zhuǎn)彎時可以不給控制量或者讓電機反轉(zhuǎn)以達到剎車的效果。 整體調(diào)試 首先以一個較低的速度跑完整個賽道，然后再慢慢的提高速度，直到模型車在某一個地方出錯，然后調(diào)整控制算法，如此反復，直到模型車能夠以理想的速度，在理想的路線上運行完為止。7 總結(jié)本文詳細介紹了電磁智能車軟件與硬件結(jié)構設計。 、電磁信號采集模塊、起止線檢測模塊和電機驅(qū)動模塊。（1）對于前輪的調(diào)整主要影響的是賽車的轉(zhuǎn)向性能，包括前輪的主銷內(nèi)傾角、主銷后傾） 、前束等幾方面。對于后輪的調(diào)整主要是差速機構的調(diào)整，它的作用是在車模轉(zhuǎn)彎的時候，降低后輪與地面之間的滑動，并且還可以保證在輪胎抱死的情況下不會損害到電機。（2）信號采集模塊主要由電磁探頭部分、電磁信號放大部分、霍爾傳感器部分及速度反饋部分組成。（3）探頭部分用工字型電感作為感應磁場的媒介，這類電感體積小，Q 值高，具有開放的磁芯，可以感應周圍交變的磁場。為了加強探頭的選頻特性在電感上根據(jù) 串聯(lián)了容值匹配的電容。??102LCf?π干簧管是用于起始線檢測的傳感器，根據(jù)大賽在賽道起始線會鋪設一排磁鋼，用干簧管檢測起始線電路簡單。(4)電機驅(qū)動模塊采用兩片BTS7960B半橋驅(qū)動芯片驅(qū)動，該芯片負載電流可以達到43A，而內(nèi)阻只有16 mΩ，十分適合賽車使用。 、電機控制和速度控制(1)速度反饋模塊采用的是與電機用齒輪嚙合的光電編碼器，通過定時讀取光電編碼器即可達到測定車速進而實現(xiàn)速度閉環(huán)控制的目的。(2)舵機轉(zhuǎn)角與輸入的PWM之間關系十分穩(wěn)定，因此采用了直接根據(jù)信號給定PWM的控制方法，即簡單的P控制。 (3)電機轉(zhuǎn)速由于受到電池電壓、電機傳動摩擦力、道路摩擦力和前輪轉(zhuǎn)向角度等等很多因素的影響，不能采用直接對應的控制方法，而應采用閉環(huán)控制。賽車的速度控制賽用的是 PID 算法，為了加快速度響應，又在期望速度與實際速度相差較大時預先引入一個預先標定的開環(huán)函數(shù)，雖然開環(huán)函數(shù)由于前面說到的原因不是很準確但如果只作為 PID 算法的初始值的話還是可以極大的加快逼近速度的。P、I 和 D 的系數(shù)要根據(jù)賽道情況進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)思路是這樣的：當賽車響應不夠快時，需要增大 P 項的系數(shù)，但是 P 項系數(shù)的增大會帶來超調(diào)量的增大；當超調(diào)量過大時，可以增大 D 項系數(shù)來改善穩(wěn)態(tài)性能；I 項可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，但是會減慢賽車響應。具體調(diào)節(jié)時需要根據(jù)實際情況來進行參數(shù)調(diào)整。參考文獻[1]卓晴，黃開勝，［M］，北京航空航天大學出版社，. 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