【正文】 一直關(guān)心幫助我的人分不開的。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)（論文）不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。使得我們?cè)趥滟愡^程中，收獲頗豐。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)從選題、收集資料、開題、立論到撰寫的整個(gè)過程，潘浩老師都給予了悉心指導(dǎo)，并且提出了很多寶貴的意見。在軟件方面利用Code warrior軟件對(duì)程序代碼進(jìn)行編寫，掌握了9S12XSMAA單片機(jī)的功能控制寄存器及其片上資源，學(xué)會(huì)利用9S12XSMAA單片機(jī)的P口輸出PWM波來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和舵機(jī)轉(zhuǎn)角。在KP、Ki值不變的情況下，改變Kd的大小Kd主要影響系統(tǒng)的超調(diào)量，控制系統(tǒng)產(chǎn)生超前的修正信號(hào)使智能車能夠順利的通過彎道。微分控制能夠反映輸入信號(hào)的變化趨勢(shì)，使信號(hào)產(chǎn)生90176。圖55 KP適中時(shí)速度變化曲線（3）KP=，Ki=，Kd =KP的值較大時(shí)，系統(tǒng)具有很快的響應(yīng)速度，但超調(diào)量大，穩(wěn)態(tài)誤差較小，但容易產(chǎn)生震蕩，使系統(tǒng)不穩(wěn)定。圖53 車速由大變小由圖53可看出，當(dāng)智能車車速由大變小時(shí)，控制電機(jī)的PWM波占空比也發(fā)生向上的脈沖式跳變，這會(huì)使得實(shí)際車速能夠在短時(shí)間內(nèi)迅速變小，并且實(shí)際速度的超調(diào)量較小。當(dāng)小車位于直道時(shí)，將舵機(jī)擺正；當(dāng)小車位于彎道時(shí)，彎道的曲率越大則舵機(jī)的轉(zhuǎn)角擺角越大，利用圖像的加權(quán)平均偏差與圖像中心之差作為控制量。為提高電機(jī)響應(yīng)速度，單片機(jī)直接輸出一個(gè)較大占空比的PWM波，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相應(yīng)的給電機(jī)一個(gè)大電壓，電機(jī)提速很快。此控制器輸出的控制量的增量Δu(k)與采樣周期、比例系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)和微分時(shí)間常數(shù)有關(guān)。的相角滯后，積分調(diào)節(jié)動(dòng)作緩慢，當(dāng)積分作用太強(qiáng)時(shí)會(huì)使得系統(tǒng)超調(diào)量變大，甚至可能使系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩。圖43 PID控制器原理框架圖單位反饋e代表理想輸入與實(shí)際輸出的偏差，將偏差信號(hào)e送入控制器，控制器算出偏差信號(hào)e的微分值和積分值，將計(jì)算出來的微分值和積分值與原來的誤差信號(hào)e進(jìn)行線性組合，得到輸出量u。每個(gè)應(yīng)用程序都經(jīng)過了使用例如CodeWarrior這樣的開發(fā)工具進(jìn)行編碼、編譯、編輯、鏈接和調(diào)試的過程。 采用CodeWarrior IDE，開發(fā)人員可以得益于采用各種處理器和平臺(tái)（從Motorola到TI到Intel）間的通用功能性。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖310所示。具體的H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖39所示。H橋驅(qū)動(dòng)電路主要包括4個(gè)MOS管和兩片MOS管驅(qū)動(dòng)芯片，MOS管具有內(nèi)阻小、開關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)，并且方便加散熱片。利用一個(gè)穩(wěn)壓電路專門用于舵機(jī)SD5供電，另一個(gè)5V穩(wěn)壓電路則用于給液晶、藍(lán)牙、撥碼開關(guān)等其他外設(shè)及芯片的供電。在振蕩器在定時(shí)電容放電期間，C 輸入端變?yōu)榈碗娖?，觸發(fā)器的R端變?yōu)榈碗娖?，觸發(fā)器被復(fù)位，觸發(fā)器的Q端變?yōu)楦唠娖?，此時(shí)輸出開關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài)。 工作振蕩頻率從100HZ到100KHZ216。在設(shè)計(jì)智能車系統(tǒng)時(shí)為各個(gè)功能模塊配置了穩(wěn)定、合適的電源并在電路的設(shè)計(jì)上要避免不同電源之間、相同電源不同模塊之間的干擾，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。該模式比full STOP模式產(chǎn)生更多電流,但是喚醒時(shí)間很明顯縮短。 112引腳封裝/80引腳封裝 216。 4個(gè)獨(dú)立的中斷通道，分別對(duì)應(yīng)Rx, Tx, error 和 wake_up 216。[3]圖32 MC9S12XEMAA開發(fā)板原理圖MC9S12系列的低功耗晶振、復(fù)位控制、實(shí)時(shí)中斷以及看門狗等配置和功能更加有助于系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。利用Altium designer Summer軟件畫出電路原理圖和PCB板圖。舵機(jī)連桿采用標(biāo)準(zhǔn)化的連接方式和舵機(jī)尺寸，適當(dāng)?shù)丶娱L(zhǎng)舵機(jī)力臂，并保證力矩作用于水平方向從而減少其他方向上的損失，使舵機(jī)輸出的力臂增大，即當(dāng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)小角度時(shí)前輪轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)大角度，但這樣在一定程度上減少了力矩，因而力臂不能加得太長(zhǎng)。舵機(jī)的轉(zhuǎn)角精度直接影響到智能車是否能準(zhǔn)確的按賽道路線行駛。由于車模本身質(zhì)量較輕，在拐彎處，將會(huì)使車的中心向外傾斜，當(dāng)摩擦力較小的時(shí)候，智能車整體將滑出賽道。圖25 前輪傾角示意從車頭望向車尾，若輪胎上端向外傾斜即左右輪呈V形，稱之為正外傾角；若輪胎呈八字形張開則稱之為負(fù)外傾角。圖24 前輪前束Toe角度（束角）是描述從車的正上方看，車輪的前段和車輛縱線的夾角。汽車在直線行駛時(shí)左右兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速是相同的，由于在轉(zhuǎn)彎時(shí)兩邊車輪的行駛距離不相等，因此兩邊車輪的轉(zhuǎn)速也不相等。黑白邊沿這種視覺尋跡系統(tǒng)以其靈活、信息量大等優(yōu)勢(shì)成為了未來的尋跡發(fā)展方向，在將來智能汽車電子應(yīng)用上有非常廣大的發(fā)展空間。 Path recognition。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。通過設(shè)計(jì)及調(diào)整智能車的機(jī)械結(jié)構(gòu)和硬件電路圖，編寫控制系統(tǒng)C語言程序，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和舵機(jī)轉(zhuǎn)角分別采用用增量式PID控制算法和位置式PD控制算法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)智能車的速度控制。汽車的電子化已成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，它包括了汽車電子控制裝置，通過電子裝置控制汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、車身、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及制動(dòng)防抱死等。“飛思卡爾杯”智能汽車競(jìng)賽賽道用專用的白色KT基板制作，賽道兩邊有黑線。[1]圖22 一側(cè)車輪遇到阻力差速器殼體通過齒輪和輸出軸相連，在傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速不變情況下差速器殼體的轉(zhuǎn)速也不變，假設(shè)智能車現(xiàn)在向左轉(zhuǎn)，左側(cè)的車輪行駛的距離短，左側(cè)驅(qū)動(dòng)輪會(huì)受到更大的阻力。由于轉(zhuǎn)向橫拉桿和車橋的約束使車輪不可能向外滾開，車輪將在地面上出現(xiàn)滾邊向內(nèi)滑移的現(xiàn)象，從而增加了輪胎的磨損。如果輪胎垂直地面即前輪外傾角等于0176。外傾角越正，智能車過彎道時(shí)受到的摩擦力就越小，過彎道時(shí)就越平穩(wěn)。車身簡(jiǎn)潔、底盤低穩(wěn)、轉(zhuǎn)向靈活、協(xié)調(diào)配合是智能車車模的設(shè)計(jì)原則。好的硬件電路設(shè)計(jì)能夠減輕很多控制算法上的負(fù)擔(dān)。利用位置式PD控制算法，由單片機(jī)輸出PWM波來控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)向；利用增量式PID控制算法，由單片機(jī)輸出PWM波來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 16bit CPU 216。 8個(gè)可編程輸入捕捉通道/輸出比較通道 216。Stop: 執(zhí)行CPU stop指令，停止所有時(shí)鐘和振蕩器，以此將芯片放在全靜態(tài)模式。內(nèi)部CPU信號(hào)（地址和數(shù)據(jù)總線）處于全局靜態(tài)狀態(tài)。MC34063是一單片雙極型線性集成電路，用于直流直流變換器控制部分。 低靜態(tài)電流216。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)樵谥悄苘囆旭傔^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(duì)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(hào)轉(zhuǎn)換為有效的直流電平。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(cè)速模塊，開環(huán)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，會(huì)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(cè)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 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(jiǎn)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(jiǎn)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(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。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(huì)比設(shè)定速度大很多。圖47 舵機(jī)控制函數(shù)第5章 系統(tǒng)調(diào)試第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)。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(zhǎng)。利用小車與賽道的位置偏差，采用位置式PD控制算法對(duì)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(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)對(duì)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。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年學(xué)習(xí)下來最好的檢驗(yàn)。其次，我要感謝大學(xué)四年中所有的任課老師和輔導(dǎo)員在學(xué)習(xí)期間對(duì)我的嚴(yán)格要求，感謝他們對(duì)我學(xué)習(xí)上和生活上的幫助，使我了解了許多專業(yè)知識(shí)和為人的道理，能夠在今后的生活道路上有繼續(xù)奮斗的力量。四年的風(fēng)風(fēng)雨雨，我們一同走過，充滿著關(guān)愛，給我留下了值得珍藏的最美好的