【正文】 ： _______ 導(dǎo)師簽名： _______ _______年 _____月 _____日 _______年 _____月 _____日 中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 38 獨 創(chuàng) 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計 (論文 )，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。 我也 非常感謝與我一起參加本屆智能車大 賽 的其他兩位隊員，通過大家的互相協(xié)作， 遇到問題 時積極交流和討論， 在此向兩位參賽隊員表 示誠摯的感謝！感謝飛思卡爾半導(dǎo)體公司，感謝教育部，自動化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委會為我們?nèi)珖咝５膶W(xué)子，提供了一個鍛煉團隊合作和創(chuàng)新能力的競賽平臺。 中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 32 致 謝 本文是在 潘浩 老師細致 認真 的指導(dǎo) 下 完成 的 ， 我 非常 感謝潘浩老師 對我 的指導(dǎo)和幫助 。 在 大量的設(shè)計準備中，我自學(xué)了 Altium Designer Summer09， 翻閱 和借鑒了很多資料設(shè)計出各個模塊的原理圖以及 PCB 板，在機械結(jié)構(gòu) 方面 優(yōu)化了智能車的車輪定位和舵機調(diào)整 。 在 KP、 Kd 值不變 的 情況下，改變 Ki 的大小 Ki 主要 影響速度 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 ， 合適 的Ki 能 夠消除給定速度與實際速度的偏差。 圖 58 Ki 較 大時速度 變化曲線 在 KP、 Ki 值不變 的 情況下，改變 Kd 的大小 。 圖 54 KP 較小時速度 變化曲線 （ 2） KP=， Ki=， Kd = KP 的 值 適中 時，系統(tǒng)的 響應(yīng)速度較快 ，超調(diào)量較小 ， 穩(wěn)態(tài)誤差較小 ， 能滿足系統(tǒng)要求。 實際 速度 的調(diào)節(jié)時間 較短 ，控制系統(tǒng)能很快回到 穩(wěn)定 狀態(tài)。 [9] 具體程序 框架圖 如下： 第 4 章 智能車速度 控制 軟件設(shè)計 21 圖 46 速度 控制函數(shù) 智能車的轉(zhuǎn)向 控制 智能車 的舵機 SD5 采用 位置式 PD 控制， 因為舵機 的控制精度高，不同 的 PWM占空比對應(yīng)舵機的不同轉(zhuǎn)角 ， 所以采用開環(huán)控制。 智能車啟動或突然 提速時，小車的實際速度與設(shè)定速度偏差很大。 增量式 PID 算法 增量式 PID 控制是將控制量的增量 △ u(k)作為 數(shù)字控制器的輸出 ，控制器 的第 k1個 采樣 時刻 的輸出值 由公式 （ 43） 給出 ： ???? )1({)1( keKpku TiT ???10 )(kj je＋ ) ] }2()1([ ??? kekeTTd （ 43） 將 式 （ 42）與 式 （ 43）相減并整理 得 ， 可以 的到增量式 PID 控制器的增量 △ u(k)，△ u(k)由公式（ 44） 給出 ： （ 44） 式中： ?? TiTKpKi 積分系數(shù)； ?? TTdKpKd 微分系數(shù)。 但 積分控制 會使 信號產(chǎn)生 90176。 [7] PID 控制 原理圖如下圖 43 所示 。 CodeWarrior IDE 可以自動地檢查代碼中的明顯錯誤，它利用一個集成的調(diào)試器和編輯器來掃描代碼，從而找到并減少明顯的錯誤，然后編譯并鏈接程序使計算機能夠理解并執(zhí)行編輯的程序。 圖 41 控制系統(tǒng) 框架圖 編譯開發(fā) 環(huán)境 CodeWarrior 是完整的用于編程應(yīng)用 集成開發(fā)環(huán)境。 本次 采用 的是透射式光電編碼器，其內(nèi)部是光電對管 加光柵 碼盤構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高。 IR2104 外接 自舉電路，輸出驅(qū)動電壓在 10V 到 20V，具有剎車使能功能，能夠較好的保護 ， 并且具有恰當(dāng)?shù)乃绤^(qū) ，外接電路也較為簡單。 利用 IR 公司的 MOS 管IRLR783 和 MOS 管驅(qū)動芯片 IR2104 搭建了 H 橋驅(qū)動電路?？紤]到 舵機的堵轉(zhuǎn) 問題 ， 本 電路采用 兩片 LM2940 芯片 搭建兩個 5V 穩(wěn)壓電路。 在振蕩器對外部 定時電容充電過程中， 與門的 C 輸入端為高電平， 并且 在 比較器的輸入電平低于閾值電平時 D 輸入端為高電平 ，此時 C 和 D 輸入端都變成高電平 ，觸發(fā)器被置為高電平，輸出開關(guān)管導(dǎo)通 。 智能車系統(tǒng) 的總的電源 由 大容量 鎳鎘 電池，單片機最小系統(tǒng)、攝像頭以及大多數(shù)芯片都需要 5V 供電， 伺服 電機工作電壓為 5V，驅(qū)動電路 需要 12V 電源，電機 直接接 電池供電 ， 智能車電壓調(diào)節(jié)電路框架圖如圖 33 所示 。 [4] Wait：通過執(zhí)行 CPU WAI 指令進入該模式。該系列 單片機 具 有很高的集成度 ， 片上 集成 了很多功能模塊，如 串行設(shè)備接口、串行通信接口 、 A/D 轉(zhuǎn)換器、 USB 接口、 CAN、 SPI 和 PWM 等。 在 設(shè)計 PCB 板圖 時，為了減輕 接線 的負擔(dān)和簡化 電路調(diào)試，將電機驅(qū)動模塊電路與主板 分離 開來 。 選取 適當(dāng) 長度的連接桿，得到了較快的反應(yīng)速度和足夠大的輸出力矩。舵機的安裝對智能車行駛 過程的 快速性和靈活性 起著 非常 重要 的作用。調(diào)整 外傾角能 改善車模的過彎特性。 前輪 外傾角對智能車的 彎道性能 有直接影響。車輪前端向 內(nèi)傾（ 內(nèi)八字 ） ，稱為 Toe_in； 車輪前輪向外傾（ 外八字 ） ， 稱為 Toe_out。 差速器的作用就在于允許左右兩邊的驅(qū)動輪以不同的轉(zhuǎn)速運行。 整體思路和 總體介紹 本文 分章節(jié)介紹了智能車系統(tǒng) 用于 速度控制的各個模塊，包括 智能車機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計及 調(diào)整 、智能車系統(tǒng)架構(gòu) 及其 硬件設(shè)計、智能車 速度 控制軟件設(shè)計方案和系統(tǒng)調(diào)試。 飛思卡爾智能車的背景 ............................................................................................. 1 整體思路和總體介紹 ................................................................................................. 1 第 2 章 車模系統(tǒng)機械設(shè)計 .................................................................................................... 2 差速器 ......................................................................................................................... 2 車輪定位 ..................................................................................................................... 3 舵機的安裝 ................................................................................................................. 5 第 3 章 智能車硬件電路設(shè)計 ................................................................................................ 7 9S12XSMAA 最小系統(tǒng) .............................................................................................. 7 電源管理模塊 ............................................................................................................. 9 12V 穩(wěn)壓電路 ................................................................................................. 10 TPS7350Q 穩(wěn)壓電路 ...................................................................................... 12 LM2940 穩(wěn)壓電路 .......................................................................................... 12 電機驅(qū)動模塊 ........................................................................................................... 13 速度反饋模塊 ........................................................................................................... 15 第 4 章 智能車速度控制軟件設(shè)計 ...................................................................................... 16 速度控制整體程序框架 ........................................................................................... 16 編譯開發(fā)環(huán)境 ........................................................................................................... 16 控制策略 ................................................................................................................... 17 經(jīng)典 PID 控制介紹 ....................................................................................... 17 位置式 PID 算法 ........................................................................................... 18 增量式 PID 算法 ........................................................................................... 19 控制器參數(shù)整定 ............................................................................................ 20 智能車的速度控制 ................................................................................................... 20 智能車的轉(zhuǎn)向控制 ................................................................................................... 21 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試 .................................................................................................................. 23 中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 整體性能分析 調(diào)試 ................................................................................................... 20 單純 PID 控制 性能分析 .......................................................................................... 21 第 6 章 結(jié)論 .......................................................................................