飛思卡爾智能車基礎(chǔ)

1、馬磊馬磊2010年年1月月“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)培訓(xùn)內(nèi)容2課目課目時(shí)間時(shí)間地點(diǎn)地點(diǎn)教師教師智能車基礎(chǔ)2010.1.21X1221馬磊光電傳感器2010.1.21X1221蔣朝根圖像處理基礎(chǔ)2010.1.22X1217黃進(jìn)磁場(chǎng)測(cè)量2010.3待定董金文單片機(jī)基礎(chǔ)2010.3待定胡鵬飛 等“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)3內(nèi)容提要n智能車結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征智能車結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征n智能車的電子系統(tǒng)智能車的電子系統(tǒng)n智能車速度控制智能車速度控制n智能車轉(zhuǎn)向控制智能車轉(zhuǎn)向控制“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)4智能車結(jié)構(gòu)n采用所謂Ackerma

2、nn Steering, 車體轉(zhuǎn)彎半徑由前、后輪間距和前輪轉(zhuǎn)向角確定。nICC: Instantaneous Center of RotationRDLiICCoiRoRcRio“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)5車模全景“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)6電子系統(tǒng)“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)7單片機(jī)簡(jiǎn)介“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)8“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)9速度傳感器n原理將車輪轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào)根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)脈沖數(shù)推算車輪轉(zhuǎn)速，從而獲得車速n類型霍爾傳感器編碼盤光電編碼器“飛思卡爾”杯全

3、國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)10霍爾傳感器n霍爾效應(yīng)：當(dāng)電流通過(guò)金屬箔片時(shí)，若在垂直于電流的方向施加磁場(chǎng)，則金屬箔片兩側(cè)面會(huì)出現(xiàn)橫向電位差。n接口：安裝在車輪上的永磁鐵經(jīng)過(guò)霍爾元件集成的開(kāi)關(guān)，觸發(fā)脈沖。使用兩個(gè)開(kāi)關(guān)可判斷車輪轉(zhuǎn)向?！帮w思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)11編碼盤n原理：在碼盤兩邊分別安裝光源及光電元件。當(dāng)碼盤隨被測(cè)物體的工作軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)縫隙，光電元件所獲得的光強(qiáng)就發(fā)生一次明暗轉(zhuǎn)換，光電轉(zhuǎn)換電路就產(chǎn)生一定幅值和功率的電脈沖輸出信號(hào)?！帮w思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)12光電編碼器n原理由對(duì)射式或反射式光電開(kāi)關(guān)和邊緣刻有一圈方孔的旋轉(zhuǎn)編碼盤

4、組成輸出脈沖頻率與轉(zhuǎn)速成正比在編碼盤上刻有數(shù)量相等但位置交錯(cuò)的兩圈方孔，用兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)輸出兩個(gè)相位相差90的脈沖，通過(guò)判斷脈沖的相位可以判斷電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向。n接口需外接倍頻電路或鑒相器等進(jìn)行計(jì)數(shù)和判別轉(zhuǎn)向“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)13驅(qū)動(dòng)電機(jī)原理n電機(jī)結(jié)構(gòu)“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)14驅(qū)動(dòng)電機(jī)原理n電機(jī)方程 KvRidtdiLKbJi2)(KRLsbJsKV“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)15驅(qū)動(dòng)電機(jī)原理n驅(qū)動(dòng)接口“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)16驅(qū)動(dòng)電機(jī)原理nPWM （脈寬調(diào)制，Pulse Width Mo

5、dulation）“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)17速度控制n速度控制原理“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)18速度控制nPID控制原理dtteKdttdeKteKtuidP)()()()(“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)19速度控制nPID參數(shù)調(diào)整 （ Ziegler-Nichols 方法 ）)11 ()1 (1)()()(sTsTKsKKsKKKsKsKKsEsUsGdiPPdPiPdiPc“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)n典型階躍響應(yīng)：實(shí)際速度 vs 指定速度20超調(diào)： Mp峰值時(shí)間: tp滯后時(shí)間: t

6、d上升時(shí)間: tr調(diào)節(jié)時(shí)間: ts“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)PID控制器參數(shù)整定上升時(shí)間上升時(shí)間超調(diào)超調(diào)調(diào)節(jié)時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間靜態(tài)誤差靜態(tài)誤差Kp減小減小增加增加變化不大變化不大減小減小Ki減小減小增加增加增加增加消除消除Kd變化不大變化不大減小減小減小減小變化不大變化不大21注意：注意：1. 實(shí)際應(yīng)用中，PID控制器參數(shù)的設(shè)定還需要考慮電機(jī)-車輪轉(zhuǎn)速變換、 PWM值與電機(jī)空載轉(zhuǎn)速等多方面因素！2. 經(jīng)驗(yàn)：從比例控制開(kāi)始，調(diào)節(jié)性能到極限后加入小小積分環(huán)節(jié)繼續(xù)調(diào)整。3. 經(jīng)驗(yàn)：使用微分控制時(shí)應(yīng)加入濾波環(huán)節(jié)濾波環(huán)節(jié)?！帮w思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽培訓(xùn)-智能車基礎(chǔ)22舵機(jī)與轉(zhuǎn)向控制n伺服電機(jī)原理舵機(jī)自帶閉環(huán)