飛思卡爾智能車光電組技術(shù)報告

1、第十屆全國大學生“飛思卡爾”杯華北賽智能汽車競賽技術(shù)報告目錄目 錄 11第一章 方案設(shè)計 111.1系統(tǒng)總體方案的選定 111.2系統(tǒng)總體方案的設(shè)計 111.3 小結(jié) 22第二章 智能汽車機械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化 332.1智能汽車車體機械建模 332.2 智能汽車傳感器的安裝 442.2.1速度傳感器的安裝 442.2.2 線形 CCD的安裝 552.2.3車模傾角傳感器 552.3重心高度調(diào)整 552.3.1 電路板的安裝 662.3.2 電池安放 662.4 其他機械結(jié)構(gòu)的調(diào)整 662.5 小結(jié) 66第三章 智能汽車硬件電路設(shè)計 773.1主控板設(shè)計 773.1.1電源管理模塊 773.1.2

2、 電機驅(qū)動模塊 883.1.3 接口模塊 993.2智能汽車傳感器 1.0.1.0. .3.2.1 線性 CCD 傳感器1.0.1.0.3.2.2 陀螺儀 1.0.1.0. .3.2.3 加速度傳感器 錯. 誤!未定義書簽。錯誤 !未定義書簽。3.2.3 編碼器 1.1.1.1. .3.3 鍵盤，數(shù)碼管 錯.誤 !未定義書簽。錯誤 !未定義書簽。3.4 液晶屏 1.2.1.2 3.5 小結(jié) 1.2.1.2 第四章 智能汽車控制軟件設(shè)計 1.3.1.3.4.1線性 CCD傳感器路徑精確識別技術(shù) 1.3.1.34.1.1新型傳感器路徑識別狀態(tài)分析 1.4.1.44.1.2 線性 CCD傳感器路徑識

3、別算法 1.5.1.54.2彎道的處理 1.5.1.5 4.2.1彎道策略分析 1.5.1.5. .4.3 對速度的閉環(huán)控制 1.6.1.6. .4.4障礙的處理 1.7.1.7 4.5小結(jié)1.7.1.7 第五章 開發(fā)工具、制作、安裝、調(diào)試過程 1.8.1. 85.1 開發(fā)工具 1.8.1.8 5.2 調(diào)試過程 1.8.1.8 第六章 模型車主要參數(shù) 1.8.1.8. .6.1 智能汽車外形參數(shù) 1.8.1.8. .6.2 智能汽車技術(shù)參數(shù) 1.8.1.8. .結(jié) 論 2.0.2.0 參 考 文 獻 錯 誤. ! 未定義書簽。錯誤 ! 未定義書簽。3 / 26第一章 方案設(shè)計本章主要介紹智能汽

4、車系統(tǒng)總體方案的選定和總體設(shè)計思路，在后面 的章節(jié)中將整個系統(tǒng)分為機械結(jié)構(gòu)、控制模塊、控制算法等三部分對智能 汽車控制系統(tǒng)進行深入的介紹和分析。1.1 系統(tǒng)總體方案的選定本屆智能汽車大賽光電組比賽對傳感器有著嚴格的規(guī)定，用到了線性 ccd,但是由于需要鏡頭成像，所以會帶來成像失真，靜電干擾嚴重等問題。 由于平衡車的特殊性，車身在循跡前進的過程中，必須保持車身的平衡。 根據(jù)最基本保持車身平衡的基本原理，我們需要知道車身當前的角度和角 速度。因此在保持車身平衡方面，我們確定以加速度計作為角度傳感器， 陀螺儀作為角速度傳感器。另外，車身轉(zhuǎn)向控制方面，我們組沒有使用陀 螺儀作為轉(zhuǎn)向反饋。這樣會讓車轉(zhuǎn)彎

5、不連續(xù)和平滑，最重要的是限制了車 模的速度，不用轉(zhuǎn)向陀螺儀車模的極限速度大概率在一米三左右。有了轉(zhuǎn) 向的陀螺儀可以 2 米以上。1.2 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計遵照本屆競賽規(guī)則規(guī)定，智能汽車系統(tǒng)采用飛思卡爾的 32 位微控制器 MK60DN256ZVLL10 單片機作為核心控制單元用于智能汽車系統(tǒng)的控制。 線性 CCD 采集賽道明暗信息，返回到單片機作為轉(zhuǎn)向控制的依據(jù)。加速度 計 &陀螺儀返回的模擬信號作為車身當前角度的信號。主控輸出 PWM 波控制電機的轉(zhuǎn)速以保持車身的平衡和鎖定賽道。同四輪車不同，平衡組需要 使用左右輪的差速來轉(zhuǎn)彎。為了控制的準確性和快速性，我們使用編碼器 作為速度傳感器。編碼器

6、返回的信號可以形成閉環(huán)，使用 PID 控制電機的 轉(zhuǎn)速。平衡組強烈的加減速會導致車身的傾角劇烈的變化，這并不利于車1 / 26身保持平衡。因此整個調(diào)試過程就是要保證車身穩(wěn)定的前提下不斷提高車 模前進的平均速度。根據(jù)以上系統(tǒng)方案設(shè)計，賽車共包括六大模塊： MK60DN256ZVLL10 主控模塊、傳感器模塊、電源模塊、電機驅(qū)動模塊、速度檢測模塊和輔助 調(diào)試模塊。各模塊的作用如下：MK60DN256ZVLL10 主控模塊，作為整個智能汽車的“大腦”，將采集 CCD 傳感器、陀螺儀，加速度計和光電編碼器等傳感器的信號，根據(jù)控制算法做出控制決策，驅(qū)動兩個直流電機完成對智能汽車的控制；傳感器模塊，是智能

7、汽車的“眼睛”，可以通過一定的前瞻性，提前感知前方的賽道信息，為智能汽車的“大腦”做出決策提供必要的依據(jù)和充足的反應時間，同時使用陀螺儀和加速度計計算車模行進過程中的實時 角速度和加速度信息，用以保持車模穩(wěn)定行進；電源模塊，為整個系統(tǒng)提供合適而又穩(wěn)定的電源；電機驅(qū)動模塊，驅(qū)動直流電機和伺服電機完成智能汽車的加減速控制 和轉(zhuǎn)向控制；速度檢測模塊，檢測反饋智能汽車輪的轉(zhuǎn)速，用于速度的閉環(huán)控制；輔助調(diào)試模塊，主要用于智能汽車系統(tǒng)的功能調(diào)試、賽車狀態(tài)監(jiān)控。1.3 小結(jié)本章重點分析了智能汽車系統(tǒng)總體方案的選擇，并介紹了系統(tǒng)的總體 設(shè)計和總體結(jié)構(gòu)，簡要地分析了系統(tǒng)各模塊的作用。在今后的章節(jié)中，將 對整個系

8、統(tǒng)的各個模塊進行詳細介紹。第二章 智能汽車機械結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化智能汽車各系統(tǒng)的控制都是在機械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，因此在設(shè)計 整個軟件架構(gòu)和算法之前一定要對整個模型車的機械結(jié)構(gòu)有一個全面清晰 的認識，然后建立相應的數(shù)學模型，從而再針對具體的設(shè)計方案來調(diào)整賽 車的機械結(jié)構(gòu)，并在實際的調(diào)試過程中不斷的改進優(yōu)化和提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定 性。本章將主要介紹智能汽模型車型車的機械結(jié)構(gòu)和調(diào)整方案。2.1 智能汽車車體機械建模此次競賽選用的智能車競賽專用模型車（D 型模型車 ），配套的電機型號為 RN260-CN-2875 。智能車的控制采用的是雙后輪驅(qū)動方案。智能車的外形 大致如下：圖 2.1 智能汽車外形圖2.2

9、智能汽車傳感器的安裝車模中的傳感器包括有：速度傳感器，車模姿態(tài)傳感器（陀螺儀、加速度計） 以及線形CCD。下面分別介紹這些傳感器的安裝。2.2.1 速度傳感器的安裝速度編碼器我們采用了編碼器，安裝方法如下： 用十字扳手套筒將車的后輪拆卸后，安裝編碼器，固定編碼器的固定件是根據(jù) 車得尺寸及與編碼器的相對位置手工制作的連接固定件。 在安裝完后輪后，在利用十字扳手套筒將后輪裝上。 安裝時應注意調(diào)整好齒輪間隙。齒輪傳動機構(gòu)對車模的驅(qū)動能力有很大的影響。齒輪傳動部分安裝位置的不恰當，會大大增加電機驅(qū)動后輪的負載，會嚴重影響最 終成績。調(diào)整的原則是：兩傳動齒輪軸保持平行 , 齒輪間的配合間隙要合適，過松

10、容易打壞齒輪，過緊又會增加傳動阻力，浪費動力；傳動部分要輕松、順暢，不能 有遲滯或周期性振動的現(xiàn)象。判斷齒輪傳動是否良好的依據(jù)是，聽一下電機帶動后 輪空轉(zhuǎn)時的聲音。聲音刺耳響亮，說明齒輪間的配合間隙過大，傳動中有撞齒現(xiàn)象； 聲音悶而且有遲滯，則說明齒輪間的配合間隙過小，或者兩齒輪軸不平行，電機負 載變大。調(diào)整好的齒輪傳動噪音很小，并且不會有碰撞類的雜音，后輪減速齒輪機 構(gòu)就基本上調(diào)整好了，動力傳遞十分流暢。如圖所示。編碼器安裝完畢2.2.2 線形 CCD 的安裝為了降低整車重心，需要嚴格控制 CCD鏡頭的安裝位置和重量，我們自行設(shè)計 了輕巧的鋁合金夾持組件并采用了碳纖維管作為安裝 CCD的主桅

11、，這樣可以獲得最 大的剛度質(zhì)量比，整套裝置具有很高的定位精度和剛度，使 CCD鏡頭便于拆卸和維 修，具有賽場快速保障能力。 CCD鏡頭的安裝如圖 2.4所示。圖 2.4 CCD 的安裝2.2.3 車模傾角傳感器車模傾角傳感器包括陀螺儀和加速度計。它們都是表貼元器件，單獨固定在一塊小電路板上，然后與車身相固定，從而保證檢測數(shù)據(jù)的可靠性。2.3 重心高度調(diào)整重心的高度是影響智能車穩(wěn)定性的因素之一。當重心高度偏高時，智 能車在轉(zhuǎn)彎過程中會發(fā)生抬輪現(xiàn)象，嚴重時甚至翻車。因此，從小車穩(wěn)定 性出發(fā)，我們盡量降低重心高度，從而保證小車可靠穩(wěn)定。5 / 262.3.1 電路板的安裝為了使小車具有較好的穩(wěn)定性及

12、轉(zhuǎn)向性能，我們在搭建小車時盡量選擇降低重 心，因此也將電路板安裝在了電機上方，從而實現(xiàn)降低重心，提高小車的穩(wěn)定性。2.3.2 電池安放同樣為實現(xiàn)降低重心，提高小車穩(wěn)定性的目的，學長 3D打印了符合參賽規(guī)則的 電池支架，然后固定在電機下方，進而用于固定電池，最大程度的降低了小車的重 心。2.4 其他機械結(jié)構(gòu)的調(diào)整另外，在模型車的機械結(jié)構(gòu)方面還有很多可以改進的地方，比如說車輪、傳感 器的保護等方面。由于直立小車的直立行駛及轉(zhuǎn)向都是通過后輪實現(xiàn)的，因此當小 車在轉(zhuǎn)向時，模型車的輪胎與輪轂之間很容易發(fā)生相對位移，可能導致在加速時會 損失部分驅(qū)動力，而且使小車的狀態(tài)不穩(wěn)。因此，我們在實際調(diào)試過程中對車輪

13、進 行了粘胎處理，可以有效地防止由于輪胎與輪轂錯位而引起的驅(qū)動力損失的情況。為了保護模型車傳感器支架，在車模機械設(shè)計的時候，我們增添了防撞保護裝 置，使一旦車模傾倒或者失控，防撞保護裝置可保護車模機械的安全性，保證小車 狀態(tài)的穩(wěn)定性。2.5 小結(jié)模型車的性能與機械結(jié)構(gòu)有著非常密切的聯(lián)系。良好的機械結(jié)構(gòu)是模 型車提高速度的關(guān)鍵基礎(chǔ)。在同等的控制環(huán)境下，機械機構(gòu)的好壞對其速 度的影響十分顯著。我們非常重視對智能汽車的機械結(jié)構(gòu)的改進，經(jīng)過大 量的理論研究和實踐，我們小車的大部分質(zhì)量都集中在兩輪前后，達到降 低重心的目的，從而提高了小車整體的穩(wěn)定性和可靠性。第三章 智能汽車硬件電路設(shè)計3.1 主控板設(shè)

14、計3.1.1 電源管理模塊首先了解一下不同電源的特點，電源分為開關(guān)電源和線性電源，線性 電源的電壓反饋電路是工作在線性狀態(tài)，開關(guān)電源是指用于電壓調(diào)整的管 子工作在飽和和截至區(qū)即開關(guān)狀態(tài)的。線性電源一般是將輸出電壓取樣然 后與參考電壓送入比較電壓放大器，此電壓放大器的輸出作為電壓調(diào)整管 的輸入，用以控制調(diào)整管使其結(jié)電壓隨輸入的變化而變化，從而調(diào)整其輸 出電壓，但開關(guān)電源是通過改變調(diào)整管的開和關(guān)的時間即占空比來改變輸 出電壓的。從其主要特點上看：線性電源技術(shù)很成熟，制作成本較低，可以達到 很高的穩(wěn)定度，波紋也很小，而且沒有開關(guān)電源具有的干擾與噪音，開關(guān)電 源效率高、損耗小、可以降壓也可以升壓，但是

15、交流紋波稍大些。電源模塊對于一個控制系統(tǒng)來說極其重要，關(guān)系到整個系統(tǒng)是否能夠 正常工作， 因此在設(shè)計控制系統(tǒng)時應選好合適的電源模塊。 競賽規(guī)則規(guī)定， 比賽使用智能汽車競賽統(tǒng)一配發(fā)的標準車模用 7.2V 2000mAh Ni-cd 供電， 而單片機系統(tǒng)、路徑識別的 CCD 傳感器、陀螺儀和加速度傳感器均使用的 是 3.3V 的電源。編碼器需要 5V 電源，伺服電機工作電壓范圍為 4V 到 6V （為提高伺服電機響應速度，采用 7.2V 供電），直流電機可以使用 7.2V 2000mAh Ni-cd 蓄電池直接供電，智能汽車電壓調(diào)節(jié)電路示例見圖3.1。圖 3.1 電源管理模塊原理圖電源的紋波將影響

16、傳感器的性能。減小電源的紋波的大小可以保證傳 感器的可靠性。3.1.2 電機驅(qū)動模塊我們自己用軟件劃了驅(qū)動的圖，并根據(jù)此焊接了 4路 PWM 驅(qū)動， 利用 BTS7960可以大大提高電的驅(qū)動能力。3.1.3 接口模塊1CCD 接口。CCD 的外圍器件很少，輸出信號經(jīng)過濾波等處理后就可以直接連接到K60 的 AD 端口上。接口極其簡單，電路如下所示。圖 3.7 CCD 接口2陀螺儀接口陀螺儀在保持車身的平衡方面極其重要，為了方便更換，我們并未將陀螺儀直 接畫在主板上。由于使用的是單片機本身的 AD ，所以陀螺儀的接口很簡單。電路 如下所示。9 / 26圖 3.8 陀螺儀接口3.2 智能汽車傳感器

17、由于今年比賽規(guī)則對光電平衡組的傳感器有明確的規(guī)定，所以我們在 傳感器的選擇上沒有花費時間。對于的傳感器的優(yōu)化，我們也主要是傳感 器對環(huán)境的適應性方面。3.2.1 線性 CCD 傳感器線性CCD內(nèi)部包含 128個光電二極管，相關(guān)的放大電路。其基本單元如圖圖 3.9 CCD 內(nèi)部感光單元光照射到光電二極管上，產(chǎn)生光電流，光電流被積分電路積分。在采樣期 間，積分電容的一端被連接到輸出端，積分后的輸出電壓與該點的光強和積分 時間成正比。因此為了適應場地， CCD的積分時間應該是可變的。3.2.2 陀螺儀大賽規(guī)定了陀螺儀和加速度計的選用范圍。經(jīng)過挑選 ,陀螺儀使用 ENC-03M， 加速度計使用 MMA

18、7361。我們小組直接選用了大家常用的陀螺儀 & 加速度計成品， 效果一般。經(jīng)過和獲得一等獎的大神交流，其實選用相應的標貼原件并自己焊接效果會更好。其實是這樣的，希望之后的學弟學妹可以自己探索不斷超越。3.2.3 編碼器為了使用閉環(huán)控制，我們在汽車模型上附加了編碼器。和其他元件相比，選用 編碼器可以使電路更加完善，信號更加精確。編碼器功耗低，重量輕，抗沖擊抗震 動，精度高，壽命長，非常實用。編碼器內(nèi)部無上拉電阻，因此編碼器接口出需要 設(shè)計上拉電阻。同時為了保證波形的穩(wěn)定， 主控板上使用了 74HC14非門隔離。K60 自身具有正交解碼功能，因此這里無需使用任何外圍計數(shù)輔助器件，只需要將接口 連

19、接到單片機上相應的接口即可。接口如圖 3.11和圖 3.12所示。11 / 26圖 3.11 編碼器的接口部分、3.4 液晶屏液晶屏相對于數(shù)碼來說具有顯示內(nèi)容直觀，可顯示圖像和漢字的優(yōu)點。在車身 添加液晶屏模塊可以使調(diào)試更加方便，因此本次車身上我們添加了液晶屏模塊。由 于模塊是直接購買的成品。所以電路在這里不做介紹了。3.5 小結(jié)硬件電路是模型汽車系統(tǒng)的必備部分。只有穩(wěn)定的硬件電路才能保證程序的正確控制。為此，我們在設(shè)計電路之時，考慮了很多問題，采用了 模擬部分與數(shù)字部分隔離等措施。我們的硬件電路的設(shè)計思想是在保證正 確檢測信號的前提下，盡可能精簡電路。第四章 智能汽車控制軟件設(shè)計主程序流程圖

20、：圖 4.1 程序流程圖4.1線性 CCD傳感器路徑精確識別技術(shù)在本屆大賽中，光電組的規(guī)則發(fā)生了翻天覆地的變化，不僅由傳統(tǒng)的四輪小車 變成了兩輪直立車 ，而且對于光電傳感器也做出了新的要求， 不允許使用傳統(tǒng)的激 光頭傳感器，而要求選擇使用線性 CCD 以及 LED 作為新一代的光電車的傳感器， 但由于 LED 的前瞻距離十分有限，所以線性 CCD 自然成為了較好的方案選擇。13 / 264.1.1 路徑識別狀態(tài)分析在使用 CCD 進行賽道識別，傳統(tǒng)的傳感器搜索跳變沿算法可取之處不 是很大，不過不缺乏借鑒之處圖 4.2 CCD 傳感器返回值波形圖對于我們的模型車， CCD 在賽道上可能的狀態(tài)有：

21、在普通的賽道處、在 起點處、在十字交叉線處、小 S 虛線處、路障處。由于傳感器的改變以及規(guī) 則的變更，使得今年對于賽道識別的工作量變得更加復雜，難度大大增加，情 況也顯得錯綜復雜，矛盾點層出不窮。我們的小車僅采用一路 CCD對賽道信息進行識別，一個CCD包含128個像素點， 但這 128個點并不是所有的點都能夠被準確獲取灰度值，我們選擇采用左右各 48個 像素點來對賽道信息進行采集。這些像素點中每個點的灰度值理論上都有 0到255這 28種狀態(tài)（實際上我們只能取到不到 50的返回值），我們分別把左右各 48個像素點 記為left 1663和right 64111。在直道時，兩側(cè)都會檢測到賽道邊

22、沿，且大體處于中間位置，左右較對 稱；在小彎道時，兩側(cè)都會檢測到賽道邊沿，但會有小幅地左右擺動；在 其它彎道時，會出現(xiàn)左右側(cè)跳變沿出賽道的狀況，這時主要依靠一側(cè) CCD 進行巡線；在十字的時候，回旋全白的時候，在傳感器穩(wěn)定的前提下，能 出現(xiàn)全白的也只會在十字的時候出現(xiàn)，當然小 S 虛線位置也不排除會有全 白的情況發(fā)生， 雖說黑白線時左右對稱的， 但是黑白條的長度固定十公分， 內(nèi)側(cè)長度遠不及外側(cè)長度，無可避免的會多次出現(xiàn)單側(cè)全白的情況；終點線依靠 CCD 返回值具有駝峰形狀的賽道信息返回值來測得。4.1.2 線性 CCD 傳感器路徑識別算法路徑識別算法是我們使用的是由 CCD 中心向兩側(cè)搜索提取

23、跳變沿的算 法，通過提取到的兩側(cè)跳變沿相加除二來得到小車轉(zhuǎn)向需要的轉(zhuǎn)向值。具 體算法介紹如下：(1) 通過 CCD 返回的 像素值 ，利用 17 閾值來 找到 跳變 沿， 計算 black_center ；(2) 當傳感器檢測到黑線時相應的傳感器返回中線值。(3) 對于直立車來說， 在控制過程中， 不僅要考慮雙電機差速轉(zhuǎn)向問題， 還要考慮直立與速控問題，這三個重要的量都是在兩個車輪上完成，復雜 度極高，我們采用線性相加的方式將其擬合在一起，并對其上下限做出限 制，當超出這個限制時，強制到限制的最大值處。4.2 彎道的處理4.2.1 彎道策略分析其中，切彎路徑主要決定了車輛是選擇內(nèi)道過彎還是外道

24、過彎。切內(nèi) 道，路經(jīng)最短，但是如果地面附著系數(shù)過小會導致車輛出現(xiàn)側(cè)滑的不穩(wěn)定 行駛狀態(tài)，原因是切內(nèi)道時，曲率半徑過小，同時速度又很快，所以模型 車需要的向心力會很大，而賽道本身是平面結(jié)構(gòu)，向心力將全部由地面的 摩擦力提供，因此賽道表面的附著系數(shù)將對賽車的運行狀態(tài)有很大影響。 切外道，路徑會略長，但是有更多的調(diào)整機會，同時曲率半徑的增加會使 得模型車可以擁有更高的過彎速度。15 / 264.3 對速度的閉環(huán)控制圖 4.9 PID 控制工作原理PID 控制策略其結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，可靠性高，并且易于實現(xiàn)。其缺點在于 控制器的參數(shù)整定相當繁瑣，需要很強的工程經(jīng)驗。相對于其他的控制方式，在成 熟性和可

25、操作性上都有著很大的優(yōu)勢。所以最后我們選擇了 PID 的控制方式。在小車跑動中，因為不需要考慮小車之前走過的路線，所以，我們舍棄了 I 控 制，將小車舵機的 PID 控制簡化成 PD 控制。本方案中通過雙電機的差速控制采用 位置式的 PD控制，速度閉環(huán)控制采用了增量式 PID 控制。在本方案中，使用試湊 法來確定控制器的比例、積分和微分參數(shù)。試湊法是通過閉環(huán)試驗，觀察系統(tǒng)響應曲線，根據(jù)各控制參數(shù)對系統(tǒng)響應的大 致影響，反復試湊參數(shù)，以達到滿意的響應，最后確定 PID 控制參數(shù)。試湊不是盲 目的，而是在控制理論指導下進行的。在控制理論中已獲得如下定性知識： 比例調(diào)節(jié)（ P）作用：是按比例反應系統(tǒng)

26、的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例 調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但 是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分調(diào)節(jié)（I）作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因為有誤差，積分 調(diào)節(jié)就進行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強弱取 決與積分時間常數(shù) Ti，Ti 越小，積分作用就越強。反之 Ti 大則積分作用弱，加入 積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合， 組成 PI 調(diào)節(jié)器或 PID 調(diào)節(jié)器。微分調(diào)節(jié)（ D）作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預見性，能 預見偏差變化的趨勢

27、，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被 微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在微分時間選擇合適情況下， 可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強的加微 分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反應的是變化率，而當輸入沒有變化時， 微分作用輸出為零。微分作用不能單獨使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組 成 PD 或 PID 控制器。4.4 障礙的處理在第八屆智能車競賽中，規(guī)則中增加了黑色路障這一規(guī)則，路障的出現(xiàn)給直立 小車帶來了 非常大的影響，如若盲目的沖撞上去，必然會導致翻車兒無法繼續(xù)進行 本圈的比賽，因此，我們不得不對其進行檢測，當 CCD

28、 檢測到連續(xù) 4 場全黑的情 況下，我們便默認為小車前方出現(xiàn)了路障，并對速控以及轉(zhuǎn)向進行處理，進而達到 平穩(wěn)過路障得效果4.5 小結(jié)本章詳細介紹了智能汽車的控制軟件的設(shè)計和思路。傳感器部分重點 介紹了 CCD 傳感器的原理和算法。 在控制策略上主要介紹了 PID 控制理論 和對彎道信息的處理和控制上。17 / 26第五章 開發(fā)工具、制作、安裝、調(diào)試過程5.1 開發(fā)工具程序的開發(fā)是在組委會提供的 IAR 下進行的，包括源程序的編寫、編 譯和鏈接，并最終生成可執(zhí)行文件。 IAR Systems 是全球領(lǐng)先的嵌入式系統(tǒng) 開發(fā)工具和服務的供應商。公司成立于 1983 年，提供的產(chǎn)品和服務涉及到 嵌入式

29、系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)和測試的每一個階段，包括：帶有 C/C+ 編譯器 和調(diào)試器的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE) 、實時操作系統(tǒng)和中間件、開發(fā)套件、硬件 仿真器以及狀態(tài)機建模工具。5.2 調(diào)試過程通過組委會提供的 IAR 編譯軟件的在線調(diào)試功能，可以得到大量的信 息，為智能汽車的調(diào)試提供了很大的幫助。在智能汽車的調(diào)試過程中，有針對性的開發(fā)一個便于人機交互的上位 機系統(tǒng)，通過簡單明了的可視化界面直觀的顯示智能汽車的狀態(tài)對調(diào)試有 很大幫助。第六章 模型車主要參數(shù)6.1 智能汽車外形參數(shù)經(jīng)過改裝后，智能汽車的外形參數(shù)為：車長： 300mm ；車寬： 200mm ；車高： 180mm ；車重： 1.4kg6.2

30、智能汽車技術(shù)參數(shù)智能汽車相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表 6.1 所示：表 6.1 智能汽車技術(shù)參數(shù)項目參數(shù)車模軸距/輪距（毫米）200/140車模平均電流（勻速行駛） （毫安）3000電路電容總量（微法）1800傳感器種類及個數(shù)激光/5路新增加伺服電機個數(shù)1賽道信息檢測空間精度（毫米）12賽道信息檢測頻率（次 /秒）250主要集成電路種類 /數(shù)量7/1219 / 26結(jié)論這次智能車華北賽，我們小組準備的還不足。時間觀念也不是很強，主 動性差。但是，有老師和學長的教導也算是完成了目標。第一，做平衡車，首先機械結(jié)構(gòu)很重要。重心要盡可能的低，而且要 對稱。對于直立車的結(jié)構(gòu)，可以參考第八屆太原理工技術(shù)報告， 3 中

31、結(jié)構(gòu)各 有所長。第二，有了好的機械那么就是確定方案，進行焊接或者制板。個人認 為，電源和主板接口在一塊板，驅(qū)動要盡可能的小。第三，編碼器的使用一定要會。我們小組把大部分時間都耽誤在了速 度控制上，沒有把轉(zhuǎn)向和提速搞的特別好。從其原理，和電路圖一定要清 楚，怎么用也要知道。只有速度受控了，才可以更好的直立和轉(zhuǎn)向。要不 車子就會告訴轉(zhuǎn)一個彎，就沖出跑到了（開環(huán)）。第四，角度的獲得是核心。首先加速度計&陀螺儀模塊一定要和車身安的平行，且穩(wěn)定。（如果是官方給的方案的話，自己的方案按照自己的來 安裝）。其次，一定要克服溫漂，盡量把它放在車身后面，前面靠近馬達， 結(jié)果會亂。最后，對于融合角度其實互補濾波就夠用了，但是如果想讓效 果更好，卡爾曼濾波是最好的。網(wǎng)上都有現(xiàn)成的程序，只需要把相應的Q、R進行估算就好了。最后，做直立平衡車，一定要有耐心?？梢粋€月前 29 天你會發(fā)現(xiàn)什么 進展都沒有，甚至感覺和之前比更差了，但往往第 30 天你會發(fā)現(xiàn)突然克服 了最大的技術(shù)障礙。所以小組組員要相互鼓勵配合好。不氣餒，多問老師 和學長，一定可以成功的。調(diào)試經(jīng)驗一、角度環(huán)角度環(huán)的 P 參數(shù)（相當于倒立擺回復力），讓車模開始有能力直立， 在一定范圍內(nèi) P 越大直立效果越好；但過大車模會來回擺動。角度環(huán)的 D 參數(shù)（相當于倒立擺阻尼