【正文】 行。圖 與 分別是是電機驅(qū)動電路的電路圖與 PCB 圖。+JM圖 電機驅(qū)動板電路圖第六屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報告10 圖 電機驅(qū)動板 PCB 圖第四章 電路的設(shè)計說明1112第五章 控制軟件的設(shè)計說明 程序流程圖整個系統(tǒng)由單片機為主控MCU，對模擬和數(shù)字傳感器信號進行采集處理，并對輸出的PWM分別控制，進行舵機和電機的控制，控制舵機來決定賽車的角度，通過電路驅(qū)動來控制電機，決定賽車的速度。另外使用編碼器采集速度值，作為輔助速度控制。 程序整體框架如圖 。M C U( 控制與運算處 理)調(diào)速P W M 輸 出驅(qū)動控 制電機控制輸出電機速度反饋人機交互管理數(shù)字信號輸入數(shù)字信號輸出舵機P W M 輸 出舵機控制輸出模 擬傳感器信號 采集 程序整體框架圖程序中用到的硬件資源有 PWM 模塊、AD 模塊、脈沖累加器、普通數(shù)字I/O 口，主程序流程圖如下：第五章 控制軟件的設(shè)計說明13開始各模塊初始化有磁場？N最小 二乘擬合P I T 中斷時刻到？ 到達終點？是 否沖出 賽 道？延時是 否沖出 賽 道？減 速，舵 機 調(diào)整是否回正？速 度回歸 設(shè) 定值讀取模 擬傳感器值舵機 角度控制電 機速度控制測取速度停車YNY YNYNYNYN圖 主程序流程圖 舵機控制經(jīng)實際調(diào)試，舵機采用 PD 控制方可確保其閉環(huán)穩(wěn)定性。基本原理是通過比較兩路 A/D 采集傳感器電壓大小，可以得知傳感器與賽道通電漆包線中心線之間的位置,通過傳感器采集到的賽車與賽道中心線的幾何偏移量，利用前后幾次偏移量之差進行 PD 控制。 DifKdbp*???因為無法保證傳感器的絕對線性，故程序中采用線性擬合的辦法將用六個第六屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報告14 電感傳感器采集的模擬量擬合成線性關(guān)系。具體代碼可參見本文附錄所附的源程序清單。程序調(diào)試中，須反復(fù)調(diào)試試驗，逐漸逼近最佳狀態(tài)，確定合適的 Kp、Kd參數(shù)，并在程序中區(qū)分不同的賽道狀況，動態(tài)切換不同的 Kp、Kd 參數(shù)組合，最終實現(xiàn)最佳狀態(tài)的循跡效果。舵機 PD 的具體代碼可參見本文附錄所附的源程序清單。 速度控制速度采用 PID 控制，PID 控制控制直觀，技術(shù)可靠，對被控對象的模型適應(yīng)性強。位置式 PID 算式連續(xù)控制系統(tǒng)中的 PID 控制規(guī)律是： ??00])(1)([)( xdteTetKtxtip ?????其中 是偏差信號為零時的控制作用，是控制量的基準(zhǔn)。利用外接矩形法0進行數(shù)值積分，一階后向差分進行數(shù)值微分，當(dāng)選定采樣周期為 T 時，可得如下位置式 PID 的離散差分方程： 001])()([)( xeTetKtxkj kdip ??????計算機控制時，常采用增量式 PID 算法。計算每周期的 PID 輸出增量，在于前一周期的輸出相加，得出最終的 PID 控制輸出。增量式 PID 算法的每周期的 PID 輸出增量計算算法如下： )]2([ 2111 ??? ???? kkdkikpkk eeTeKx每周期的 PID 輸出增量反映了第 k 和第 k－1 周期輸出之間的增量。算式的結(jié)果可正可負的。利用增量算式控制執(zhí)行機構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu)每次只增加一個增量，因此執(zhí)行機構(gòu)起了一個累加的作用。對于整個系統(tǒng)來說，位置和增量式兩種算式并無本質(zhì)區(qū)別，但增量式有不少優(yōu)點：算式只與最近幾次采樣值有關(guān)，不易引起誤差累積；誤動作影響小，易于加邏輯保護；增量算法在實際控制中應(yīng)用得比位置式更為廣泛。電機 PID 的具體代碼可參見本文附錄所附的源程序清單。15第六章 開發(fā)工具與調(diào)試過程說明使用 CodeWarrior Development Studio for HCS12(X) 作為程序編寫、編譯、下載、調(diào)試工具。在調(diào)試中，建議使用無線模塊進行賽車運行的實時在線電機速度與舵機角度監(jiān)視。實現(xiàn)了閉環(huán)控制參數(shù)的完全在線調(diào)試驗證，極大改進了調(diào)試效果，提高了解決問題的效率。16第七章 賽車的主要技術(shù)參數(shù)車 模 重 量 車模幾何尺寸（長/寬/高） 460/24/69（mm）總電容量 約 微法傳感器個數(shù) 電磁傳感器6；編碼器1； 干簧管4電機個數(shù) 舵機1；電機1芯片個數(shù) MC9S12XS1281；電機驅(qū)動1；賽道位置檢測精度 5mm賽道檢測頻率 100 次/秒總功率 12W17第八章 總結(jié)在這四個月的賽車設(shè)計制作中我們的收獲與體會都相當(dāng)?shù)亩?，在運用了現(xiàn)有的理論基礎(chǔ)之上，再通過課外的拓展，將理論應(yīng)用于實際，在這過程中充分鍛煉了我們的動手能力、項目統(tǒng)籌安排的能力、解決問題的態(tài)度與技巧，以及與隊友的團結(jié)合作等等。在參加賽區(qū)比賽賽后，與兄弟學(xué)校的賽車的對比，發(fā)現(xiàn)了一些不足之處，主要如：賽車的重心偏靠前，導(dǎo)致后輪摩擦力不夠，長直道加速后若緊接小弧度彎道，后輪容會打滑漂移；前瞻的的潛力沒有充分挖掘，前瞻相對而言偏短；電機驅(qū)動電路的散熱尚顯不足，有待改進；整體結(jié)構(gòu)加工工藝及堅固性有待進一步改進完善。18參考文獻[1] 宋文緒，楊帆．傳感器與檢測技術(shù)[M]．第 1 版，北京：高等教育出版社，[2]――挑戰(zhàn)“飛思卡爾”：北京航空航天大學(xué)出 版社，.[3].《基于磁場檢測的尋線小車傳感器布局研究》 ，清華大學(xué)，[4]競賽組秘書處.《路徑檢測設(shè)計參考方案》.[5]競賽組秘書處 技術(shù)組.《20KHz 電源參考設(shè)計方案》[6][J].[7][J].[8]. 一種改進的數(shù)字 PID 控制算法及其在勵磁系統(tǒng)中的應(yīng)用電網(wǎng)技術(shù)[J].1998[9]高金源，夏潔. 計算機控制系統(tǒng)[M].[10] [11] 第五屆哈爾濱工程大學(xué)電磁組—[12] I附 錄源代碼（1） 文件代碼define MotorMax 14000define MotorMin 10define NMAX 3 //使用 3 個電感擬合define ZSPEED 130//100//define K 10//define Kp 1。//PID 的三個參數(shù)//define Ki 1。//define Kd 1。include include include include include int ad[8]={0}。 float a=0,b=0,y1=0,y2=0。unsigned int *p=ad,*pold4=0,*pold5=0,admax=0。int stop=0。int nowspeed=0, setspeed=0。unsigned char LEDflag=1,admaxnum=0。static float ek[3]={0}。//include include include /* derivativespecific definitions */include include include include include include include //include Copy of include include include include include include 第六屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報告II include include void main(void) { //unsigned int a=0,b=0。 Set_almode()。 Dly_ms(2022)。 //延時兩秒 等 AD ZXEC()。 //直線擬合 //PORTB_PB1=0。 wait()。 setspeed=50。EnableInterrupts。for(。) { if((ad[2]2|ad[3]2|ad[4]10|ad[5]10)amp。LEDflag) //ad[2]10||ad[3]10|| { PORTA_PA1=0。//接驅(qū)動板上的 IN2；IN1 接 PWM01 stop=0。 //PWMDTY01=3000。 PORTA_PA0=1。//INH } else { setspeed=0。 //Dly_ms(500)。 //count=0。 // while(count==500)。 // PORTA_PA0=0。 } while((stop==1)amp。(nowspeed!=0)amp。(ad[2]10|ad[3]10|ad[4]10|ad[510]))// { if(nowspeed==0) { stop=0。 } else { PWMDTY01=200*nowspeed。 PORTA_PA0=1。 Dly_ms(1)。 PORTA_PA1=1。 Dly_ms(6)。 //PORTA_PA0=0。 // Dly_ms(1)。附錄III // PWMDTY01=0。 PORTA_PA0=0。 Dly_ms(1)。 } } // Dly_ms(1000)。 /* Dly_ms(1000)。 a= ad[5]*100/51。 b= a/100。 a= a%100。 sprintf(txtbuf,\nAD5: %d.%02dV %d\n,b,a,ad[5])。 putstr(txtbuf)。 Dly_ms(1000)。 a= ad[2]*100/51。 b= a/100。 a= a%100。 sprintf(txtbuf,\nAD2: %d.%02dV %d\n,b,a,ad[2])。 putstr(txtbuf)。 Dly_ms(1000)。 a= ad[3]*100/51。 b= a/100。 a= a%100。 sprintf(txtbuf,\nAD3: %d.%02dV %d\n,b,a,ad[3])。 putstr(txtbuf)。 Dly_ms(1000)。 a= ad[4]*100/51。 b= a/100。 a= a%100。 sprintf(txtbuf,\nAD4: %d.%02dV %d\n,b,a,ATD0DR4L)。 putstr(txtbuf)。 Dly_ms(1000)。 a= ad[5]*100/51。 b= a/100。 a= a%100。 sprintf(txtbuf,\nAD5: %d.%02dV %d\n,b,a,ATD0DR5L)。 putstr(txtbuf)。/* Dly_ms(1000)。 a= ad[6]*100/51。 b= a/100。 a= a%100。 sprintf(txtbuf,\nAD6: %d.%02dV %d\n,b,a,ad[6])。 putstr(txtbuf)。 Dly_ms(1000)。第六屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報告IV a= ad[7]*100/51。 b= a/100。 a= a%100。 sprintf(txtbuf,\nAD7: %d.%02dV %d\n,b,a,ad[7])。 IOCt=IOCt/500*50/107*。 sprintf(txtbuf,\n motor speed: %f %s%s%s\n,IOCt,M,/,S)。 putstr(txtbuf)。 Dly_ms(1000)。 sprintf(txtbuf,\n PWM23 duty ratio: %f%%\n,(float)PWMDTY23/PWMPER23*100)。 putstr(txtbuf)。 Dly_ms(1000)。 sprintf(txtbuf,\n PWMDTY23: %u\n,PWMDTY23)。 putstr(txtbuf)。 */ //Dly_ms(200)。 //sprintf(txtbuf,\n PWMDTY01:%d\n ,PWMDTY01)。//,stop , //putstr(txtbuf)。 Dly_ms(100)。 sprintf(txtbuf,\n %d \n,nowspeed)。//,stop MotorPWM:%f,MotorPWM putstr(txtbuf)。 PORTB_PB0=~PORTB_PB0。 // _FEED_COP()。 /* fe