智能車速度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、智能車速度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)在智能車比賽中，速度控制不能采納單純的pid，而要采納能夠在全加速、緊張制動和閉環(huán)控制等多種模式中平穩(wěn)切換的“多模式”速度控制算法，才干按照不同的道路情況快速精確地轉(zhuǎn)變車速，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定過彎。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù)比賽要求，本文設(shè)計(jì)的智能車速度控制系統(tǒng)，以mc9s12dg128 為核心1，與車速檢測模塊、直流電機(jī)驅(qū)動模塊、等一起構(gòu)成了智能車速度閉環(huán)控制系統(tǒng)。單片機(jī)按照賽道信息采納合理的控制算法實(shí)現(xiàn)對車速的控制，車速檢測采納安裝于車模后軸上的光電，直流電機(jī)驅(qū)動采納了由四個mos管構(gòu)成的h橋1所示，電源模塊給單片機(jī)、光電編碼器和驅(qū)動電機(jī)等供電。系統(tǒng)建模一個針對實(shí)際對象的控制系統(tǒng)設(shè)

2、計(jì)，首先要做的就是對執(zhí)行器及系統(tǒng)舉行建模，并標(biāo)定系統(tǒng)的輸入和輸出。為了對車速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合適的控制器，就要對速度系統(tǒng)舉行定階和歸一化2。對此，分離設(shè)計(jì)了加速和減速模型測定試驗(yàn)。通過加裝在車模后輪軸上的光電編碼器測量電機(jī)轉(zhuǎn)速。編碼器齒輪與驅(qū)動輪的齒數(shù)比為33/76，編碼器每輸出一個脈沖對應(yīng)智能車運(yùn)動1.205mm。車?？梢酝ㄟ^調(diào)整加給電機(jī)的波的占空比舉行調(diào)速。單片機(jī)上的pwm模塊可以是8位或16位的，為了提高調(diào)速的精度，電機(jī)調(diào)速模塊選用16位pwm，其占空比調(diào)整范圍從0到65535，對應(yīng)電機(jī)電樞從0%到100%的電池電壓。將車模放置在一段長直跑道上，采納開環(huán)方式給驅(qū)動電機(jī)加上不同的電壓，記錄車模

3、在速度進(jìn)入穩(wěn)定后的速度值。然后將所測得的電樞電壓與車速舉行擬合的曲線2所示，由圖1可將智能車加速模型近似為線性模型。按照試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以確定車速執(zhí)行器系統(tǒng)的零點(diǎn)和增益。車速v與占空比pwm_ratio的關(guān)系見公式1：v = pwm_ratio×402 + 22000 (1)其中：pwm_ratio的取值范圍為0-65535車模減速有三種辦法：自由減速、能耗制動和反接制動。自由減速動力來自摩擦阻力，基本認(rèn)為恒定。能耗制動是將能量消耗到電機(jī)內(nèi)阻上，制動力隨著車速的降低而降低，也可通過控制使加速度減小得更快。反接制動通過反加電壓實(shí)現(xiàn)，制動力與所加的反向電壓有關(guān)。因?yàn)檩喬プサ亓τ邢蓿苿恿Τ^一

4、定值后會發(fā)生輪胎打滑的狀況。一旦發(fā)生打滑，會使剎車距離變長，過彎半徑變大。假如能使剎車力始終控制在臨界打滑點(diǎn)上，則可以獲得最短的剎車距離。在這三種減速辦法中，惟獨(dú)反接制動可以按照不同的車速給出不同的反接剎車力，讓車速以最大斜率下降。因此，通過大量試驗(yàn)測定出不打滑的最高剎車電壓，最高不打滑劃占空比約為55000。由于不同賽道會有差異，在編程時留有了余量。以震蕩作為識別車模在剎車時是否打滑的標(biāo)記?？梢苑秩讉€典型的車速，讓車模在直道上加到預(yù)設(shè)的速度，然后分離用一組反接電壓舉行反接制動，觀看并記錄最高不打滑的剎車電壓。這樣，每個典型車速都得到一個對應(yīng)的最大剎車電壓。將最大不打滑反接電壓與車速對照后，

5、發(fā)覺最大不打滑反接電壓與車速成比例關(guān)系?？紤]直流電機(jī)的模型，外部電壓加到電機(jī)電樞上時，電機(jī)轉(zhuǎn)子開頭轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生反電勢，此電壓與車速成正比例關(guān)系。當(dāng)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的反電勢等于外加電壓后，電機(jī)速度達(dá)到穩(wěn)態(tài)。因此，反接制動電壓減去電機(jī)產(chǎn)生的反電勢之后剩下的電壓部分才是用于減速的。在車模要減速的時候，可以先通過當(dāng)前車速計(jì)算出轉(zhuǎn)子的反電勢，然后在這個基礎(chǔ)上再疊加一個反接制動電壓，送到執(zhí)行器上。車模前進(jìn)的阻力主要分為地面滑動摩擦力和風(fēng)阻，車模在行駛過程中質(zhì)量保持恒定不變。在車速較低的狀況下，風(fēng)阻也可認(rèn)為是恒值。結(jié)合以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)和推理可知，車速模型的主要部分為一階慣性環(huán)節(jié)。速度控制策略經(jīng)分析，賽道大致分為直道，9

6、0度和90度以上的彎道和s形彎道等類型，要想在不同道路上發(fā)揮出最大速度，關(guān)鍵問題是如何推斷出道路的狀況，以下是幾種道路的推斷條件和通過策略。a. 直道的推斷條件和通過策略當(dāng)小車在中間三個光電管的檢測范圍內(nèi)檢測到黑線，則認(rèn)為小車行駛在直道上，滿足直道的條件就使小車加速，直至加到某個較大的值時滿足剎車的條件。假如延續(xù)幾十個周期都檢測到了黑線，解釋小車行駛在長直道上，而轉(zhuǎn)彎時需要剎車。直道最高限速度是賽車從長直道入彎時不沖出彎道的最高速度，小車行駛時不能高于這個速度。固然，剎車越準(zhǔn)時，越敏捷，則直道上速度就可以越大。試驗(yàn)得到約為55000(對應(yīng)pwm的占空比)。需要剎車的最小速度是讓小車從長直道入彎

7、，不用剎車時能夠順當(dāng)通過彎道的最高速度。當(dāng)車的瞬時速度高于這個速度入彎時，啟動剎車，反之，不用剎車。試驗(yàn)測得長直道入彎最高速度不超過50000(對應(yīng)pwm的占空比)。b. 彎道推斷條件和通過策略當(dāng)小車不滿足直道的條件時，則行駛在彎道上。因?yàn)閺澋赖那拾霃胶徒嵌鹊牟煌譃?0度和90度以上的彎道和s形彎道。當(dāng)小車行駛在彎道時，惟獨(dú)某一邊的延續(xù)檢測到黑線，再按照兩邊的傳感器檢測到黑線時光的長短來確定彎道角度的大小;假如小車行駛在s形彎道上，則傳感器檢測到的值會在水平偏差范圍內(nèi)延續(xù)變幻?？傊趶澋郎希詮澋雷畲笏俣刃旭?。彎道最大速度是讓小車在彎道上向來加速，直至沖出賽道的速度。當(dāng)賽車在彎道上的速度小于彎道最大速度時，就要調(diào)節(jié)pwm信號的占空比，使小車逐漸加速。試驗(yàn)測得全部彎道最大速度不超過32000(對應(yīng)pwm的占空比)。c.交錯線識別按競賽規(guī)章，還有交錯線，但因?yàn)槭侵苯墙诲e，因此只需要在多個傳感器都檢測到黑線的狀況下保持本來的行進(jìn)方向和速度繼續(xù)前進(jìn)即可。結(jié)語全國智能車比賽終于比的是速