【正文】 Kd 可以減少 超調(diào)量， 改善 系統(tǒng)的瞬時(shí)響應(yīng)， 減少系統(tǒng) 的調(diào)節(jié)時(shí)間 。 積分控制可以 提高系統(tǒng)型別，能提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能， 但會使信號 產(chǎn)生 90176。 第 5 章 系統(tǒng) 調(diào)試 25 單純 PID 控制 性能 分析 在分析 帶限幅 速度控制 、 剎車控制 與 PID 控制 算法相結(jié)合的整體速度算法調(diào)試之后， 為了 確定 使 智能車 運(yùn)行 更 平穩(wěn)快速， 去掉 帶限幅 速度 控制和剎車控制函數(shù)之后，利用上位機(jī)專門分析單純的 PID 控制 算法中各個(gè)參數(shù)對速度的影響 。我們對不同的賽道作了識別，根據(jù)賽道類型，確定合適的控制方案。 如果實(shí)際速度超過設(shè)定速度較小時(shí)，為了減小速度的超調(diào)，通過在線調(diào)試，用MATLAB 擬合出電機(jī)帶載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速與 PWM 占空比的曲線，直接根據(jù)擬合的曲線給出設(shè)定速度對應(yīng)得 PWM 占空比。增量式 PID 控制算法 比位置式第 4 章 智能車速度 控制 軟件設(shè)計(jì) 20 PID 控制算法計(jì)算量小，在實(shí)際中應(yīng)用廣泛。 數(shù)字 PID 控制算法可以分為位置式 PID 和增量式 PID 控制算法。 ?????? ??? ? dt tdeTdtteTiteKtu DP )()(1)()( （ 41） 其中 Kp、 Ki、 Kd 分別 成為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù) ； r(t)、 e(t) 、 u(t)分別 為控制器的 輸入信號 、偏差信號、輸出 信號。 圖 42 CodeWarrior 主 界面 控制策略 智能車 的車速主要采用增量式 PID 控制和位置式 PD 控制， 將 模糊控制與 PID控制相結(jié)合， 使 智能車 能夠在 賽道上平穩(wěn)快速的行駛。而這只是流行的 CodeWarrior 軟件開發(fā)工具中的兩個(gè)。通過計(jì)算 每秒 光電編碼器輸出的 脈沖個(gè)數(shù) 就可以計(jì)算 出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 通過 控制 電機(jī) 驅(qū)動(dòng)中 PWM 信號的占空比 來 控制電機(jī)的平均電壓，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速即控制智能車的 車速 。如圖 38 所示 ，要是電機(jī) M 轉(zhuǎn)動(dòng)， 必須導(dǎo)通 對角線 上 的一對 MOS 管 ，根據(jù) 不同的 MOS 管 對 的導(dǎo)通情況，電流可能會從左至右或者從右至左 流過 電機(jī)，從而控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。 電機(jī) 的速度與施加在電機(jī)上的電壓 成正比 ，輸出轉(zhuǎn)矩與電機(jī)的電流成正比。當(dāng)檢測到 7 腳之間電阻上的電壓降接近 超過 300 mV 時(shí)，芯片將啟動(dòng)內(nèi)部過流保護(hù)功能 ， 電流限制電路開始工作 。MC34063 片內(nèi)包含有溫度補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)源、 大電流 輸出開光和驅(qū)動(dòng)器、 一個(gè)占空比周期控制振蕩器，能 夠 輸出 的開關(guān)電流。所有外設(shè)保持激活狀態(tài)。通過復(fù)位和外部中斷可以從該模式當(dāng)中喚醒。 9S12XSMAA 最小系統(tǒng) 9S12XSMAA 系列 單片機(jī)是飛思卡爾公司生產(chǎn)的 16 位 單片機(jī) ， 是基于速度更快的第 3 章 圖像 處理算法研究 8 CPU12 內(nèi)核 的單片機(jī)系列，具備 片上 的糾錯(cuò)能力。智能車 與速度 控制相關(guān)的硬件電路主要包括以下幾個(gè)部分： 9S12 最小系統(tǒng) 、 電源 管理模塊 、 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、速度測量模塊、舵機(jī)模塊。 舵機(jī)連 桿是將舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成橫擺運(yùn)動(dòng)的一種機(jī)構(gòu)，通過它將舵機(jī)轉(zhuǎn)矩傳遞到橫拉桿，實(shí)現(xiàn)前輪的左右轉(zhuǎn)動(dòng)。綜合 考慮 過彎道特性以及穩(wěn)定性，調(diào)整使得前輪外傾角 為 正 2176。路面 對車輪會產(chǎn)生垂直反作用力，一旦滿載車輪就容易產(chǎn)生變形，可能引起車輪上部向內(nèi)傾斜，導(dǎo)致車輪鏈接件損壞。 在 安裝車輪時(shí)，可以使兩輪的前邊緣距離 R 小雨后邊緣 距離 A， 從而 使 輪胎 滾動(dòng)時(shí)的偏斜方向抵消，輪胎內(nèi)外側(cè)磨損的現(xiàn)象 將 會減少。 因此 左側(cè) 半 軸 齒輪 的 轉(zhuǎn)速會比 差速器殼體的 轉(zhuǎn)速 小，行星 齒輪帶動(dòng)左側(cè)半軸會更費(fèi)力，這時(shí) 行星齒輪會產(chǎn)生自轉(zhuǎn)， 把 更多的扭矩傳遞到右側(cè)齒輪半軸上。賽道 分為 直道 、 小 S 虛線彎道 、 路障區(qū) 、 十字路口 、上坡與下坡道路等， 在 控制算法上，采用位置式 PD 和增量式 PID 控制舵機(jī)和電機(jī)，窗口算法采集處理跑 道 ，控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)智能車直道加速、 路障區(qū) 和下坡路道減速等速率變化控制 。汽車 電子 的迅速發(fā)展必將滿足人們逐步增長的對于安全 、 節(jié)能、環(huán)保以及智能化和信息化的需求。 通過測試 ，智能車最終能以 過賽道。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 題 目： 倒退行走式 智能車 速度 控制算法 設(shè)計(jì) 中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部 門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 關(guān)鍵詞 : 9S12XSMAA； PID 控制 ；電機(jī)控制；舵機(jī)控制； H 橋電機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路 中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) Walking backwards smart car speed control algorithm design Abstract In the background of the Freescale Smart Car Competition, for the regressive group car camera design and image processing algorithms are discussed and research. Smart car through the OV7620 camera capture images using edge detection algorithms to identify the black line, with the active edge to strike the track centerline. Invalid filtered centerline of the calculated center of each line bias, and the track of the overall slope, intercept. Based on the deviation and the slope, the pletion of the servo motor PD control and PID control, and track type identification, determine the specific control scheme. Upon pletion of the mechanical structure of the smart car modification and hardware system design, through actual testing, constantly optimize the speed of rotation of image processing and control algorithms. Keywords： Image processing。 “飛思卡爾杯 ”智能汽車 是以自動(dòng) 導(dǎo)航 技術(shù)、汽車電子技術(shù)為背景，涉及自動(dòng)控制 、計(jì)算 機(jī)、 機(jī)械 等多個(gè)學(xué)科 。 第 2 章 車模 系統(tǒng) 機(jī)械 設(shè)計(jì) 2 第 2 章 車模系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì) 模型車 的 機(jī)械機(jī)構(gòu) 和組裝形式是整個(gè)模型車身的基礎(chǔ)，機(jī)械結(jié)構(gòu)的好壞對智能車的運(yùn)行速度有直接的影響 。 行星齒輪 的 公轉(zhuǎn) 加自身的自轉(zhuǎn) 將導(dǎo)致 右側(cè)半軸齒輪會在差速器殼體轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上增速，因此右側(cè)車輪比左側(cè)車輪轉(zhuǎn)得快，從而實(shí)現(xiàn)智能車順利通過左彎道。 [2] Toe 角度的 大小會影響智能車的轉(zhuǎn)向反應(yīng)速度和直道行駛的穩(wěn)定性。 在 實(shí)際過程中，智能車一般采用正外傾角，主要目的是 使 承載車輛車輪磨損均勻。 左右 。轉(zhuǎn)向 在 智能車的行駛過程中是至關(guān)重要的， 連 桿的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到智能車的轉(zhuǎn)向靈敏度。智能車 的 速度控制系統(tǒng)的 如圖 31 所示 。 MC9S12 系列 采用 Motorola 第三代Flash，容量為 32KB 到 512KB，具備在線編程能力以及保密機(jī)制，不需要外加編程電壓，典型的 HC12 總線 速率為 8MHz，而 MC9S12 內(nèi)部 總線速率最高可以達(dá)到 25MHz，即 40ns 的 最小指令周期。 Pseudo Stop：通過執(zhí)行 CPU STOP 指令進(jìn)入該模式。為了減少功耗，所有外設(shè)可以分別停止其本地時(shí)鐘。 MC34063 可以 使用 較 少的外接元件構(gòu)成開關(guān)式升壓變換器、降壓式變換器和電源反向器。 實(shí)際 設(shè)計(jì)的 DCDC 升壓電路 如下圖 35 所示， 升壓得到的 12V 電壓 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電路 的電源 ， 該 升壓電路 采用大電流升壓控制 ， 輸出電流能滿足電機(jī) 所需 的電流要求。因?yàn)?在 智能車行駛過程中要改變直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速 ， 采用 一個(gè) PWM（ 脈寬調(diào)制 ） 方波， 施加 在 直流電 機(jī) 上 的 PWM 波的占空比對應(yīng)著 智能車 所需的速度， 電機(jī)起到 一個(gè)低通濾波器的作用，將 PWM 信號 轉(zhuǎn)換為有效的直流電平。 第 3 章 圖像 處理算法研究 14 圖 38 H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 當(dāng) Q1 管和 Q4 管 導(dǎo)通時(shí)， 電流 就從電源正極經(jīng)過 Q1 管 從左至右流過電機(jī)，再由Q4 流回到電源負(fù)極，此時(shí) 電機(jī)將 順指針轉(zhuǎn)動(dòng)。 如果 沒有測速模塊，開環(huán)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，會受到很多因素影響 ， 如電機(jī)傳動(dòng)的摩擦力、道路摩擦力、電池電壓、前輪轉(zhuǎn)向角等 。 圖 310 光電編碼器 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 通過光電 編碼器測量出智 能車的車速，在軟件中編寫速度控制程序，通過改變PWM 波的占空比來調(diào)節(jié)車速。 在整個(gè)開發(fā)調(diào)試過程中，除匯編語言開發(fā)的方式以外，使用 Metrowerks 公司為 第 4 章 智能車速度 控制 軟件設(shè)計(jì) 17 MC9S12 系列專門提供的全套開發(fā)工具（ Metrowerks CodeWarrior IDE）。 經(jīng)典 PID 控制介紹 在 工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。 在 PID 控制系統(tǒng)中，比例調(diào)節(jié)是最簡單的調(diào)節(jié) 方式 ，它能夠快速、無滯后的是被控參數(shù)穩(wěn)定在給定值附近，并且能及時(shí) 克服 擾動(dòng)干擾， 一般 增大比例系數(shù) Kp 可以減小 上升時(shí)間，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，并且比例系數(shù) Kp 過大 時(shí)會導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。 第 4 章 智能車速度 控制 軟件設(shè)計(jì) 19 由于 計(jì)算機(jī) 控制 是一種采樣控制， 它 不能像模擬控制那樣連續(xù)輸出控制量進(jìn)行連續(xù)控制 ， 而只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差計(jì)算控制量， 數(shù)字 PID 控制需要將微分項(xiàng)和積分項(xiàng)進(jìn)行離散化處理。 控制器參數(shù)整定 控制器參數(shù)整定 就是 確定 調(diào)節(jié)器的比例 系數(shù) Kp、積分時(shí)間 Ti 、微分時(shí)間 Td 和采樣周 Ts 的具體數(shù)值使 控制器的 特性和過程特性相匹配， 從而 改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài) 性能 。 智能車停車或突然加速時(shí)，小車的實(shí)際速度會比設(shè)定速度大很多。 第 4 章 智能車速度 控制 軟件設(shè)計(jì) 22 圖 47 舵機(jī) 控制函數(shù) 第 5 章 系統(tǒng) 調(diào)試 23 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試 整體 性能分析調(diào)試 如圖 51 所示上位機(jī) 軟件， 在智能車 上配置藍(lán)牙， 在 智能車行駛過程中采集車速，利用 9S12XSMAA 單片機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)由藍(lán)牙發(fā)送至上位機(jī)上， 在 上位機(jī)軟件上顯示 給定 車速 、 實(shí)際車速和 控制 電機(jī)的 PWM 波 。 最終試驗(yàn)得到 最合適 的 PID 參數(shù) ，使得智能車能以 。 的相角滯后 。 （ 1） Kd =， KP=， Ki= Kd 較小 時(shí)， 系統(tǒng) 的超調(diào)量較 大， 瞬時(shí)響應(yīng)較慢， 調(diào)節(jié)時(shí)間 較長。利用 小車 與賽道的位置偏差，采用位置式PD 控制算法對舵機(jī)轉(zhuǎn)向進(jìn)行開環(huán)控制。 目前 智能車的車速設(shè)計(jì)仍然存在很大的不足 ， 例如智能車在過彎道的時(shí)候速度較小， 在 復(fù)雜道路上還不能穩(wěn)定運(yùn)行。潘浩 老師淵博的專業(yè)知識 ， 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)對我影響深遠(yuǎn)。盡我所知，除文中已經(jīng)特別注明引用的內(nèi)容和致謝的地方外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。 作者簽名 : 二〇 一 〇年 九 月 二十 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用授權(quán)聲明 本人完全了解 濱州學(xué)院 關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定。沒有他們的幫助，我將無法順利完成這次設(shè)計(jì)。 四年的大學(xué)生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要?jiǎng)澤暇涮?，心中是無盡的難舍與眷戀。是他們在我畢業(yè)的最后關(guān)頭給了我們巨大的幫助與鼓勵(lì)，給了我很多解決問題的思路，在此表示衷心的 感激