【正文】 四年的風風雨雨，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記憶。本次畢業(yè)設(shè)計是對我大學四年學習下來最好的檢驗。使得我們在備賽過程中，收獲頗豐。 在 軟件 方面 利用 Code warrior 軟件 對程序代碼進行 編寫 ，掌握了9S12XSMAA 單片機的 功能控制寄存器及其 片 上 資源，學會利用 9S12XSMAA 單片機的 P 口 輸出 PWM 波來控制電機轉(zhuǎn)速和舵機轉(zhuǎn)角。 第 5 章 系統(tǒng) 調(diào)試 28 微分 控制能夠反映輸入信號的變化趨勢， 使信號 產(chǎn)生 90176。 圖 53 車速 由 大變小 由圖 53 可看出， 當 智能車車速由 大 變 小 時，控制電機的 PWM 波占空比也發(fā)生向上 的脈沖式跳變，這會使得 實際車速能夠 在短時間內(nèi) 迅速 變小 ， 并且實際速度 的超調(diào)量 較小 。為提高電機響應(yīng)速度，單片機直接輸出一個較大占空比的 PWM 波，電機驅(qū)動模塊相應(yīng)的給電機一個大電壓，電機提速很快。的相角滯后， 積分 調(diào)節(jié)動作緩慢，當積分作用太強時會使得系統(tǒng)超調(diào)量變大，甚至可能使系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩。每個應(yīng)用程序都經(jīng)過了使用例如 CodeWarrior 這樣的開發(fā)工具進行編碼、編譯、編輯、鏈接和調(diào)試的過程。 其 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 310 所示。 H 橋驅(qū)動電路 主要包括 4個 MOS 管 和 兩片 MOS 管驅(qū)動芯片 ， MOS 管具有內(nèi)阻小、開關(guān)速度快等優(yōu)點， 并 且方便加散熱片 。在 振蕩器在 定時電容 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 輸出開關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài)。該模式當中 CPU 不執(zhí)行指令。 依照 攝像頭 處理過的圖像信息，利用光 電編碼器來實現(xiàn)測速的測量，并將測量的車速進行反饋從而形成閉環(huán)。舵機 的 靈活轉(zhuǎn)向控制取決于機械系統(tǒng)中各個零部件 之間 的協(xié)調(diào)運行。它的 作用是提高前輪的轉(zhuǎn)向安全性和轉(zhuǎn)向操縱的輕便 性 。 圖 21 車輛直線行駛差速器狀態(tài) 智能車直線行駛 的時候左右兩邊驅(qū)動輪 受到 的 阻力 大致相同，發(fā)動機輸出的動力首先傳送到差速器 殼體 上使差速器的殼體開始轉(zhuǎn) 動 ，然后 把 動力從殼體傳遞到左右半軸上，由于 兩邊車輪受到 的阻力相同，因此差速器殼體內(nèi)的行星齒輪跟著殼體公轉(zhuǎn) 時不會產(chǎn)生 自轉(zhuǎn) ，兩個行星齒輪 咬合 這 兩個 半軸齒 輪以相同的 速度 轉(zhuǎn)動， 這樣 智能車就能直線行駛。人們對 汽車 的智能化有了越來越高的要求，汽車生產(chǎn)商也 推出 越來越 智能化 的汽車來滿足各種各樣的市場要求。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 涉密論文按學校規(guī)定處理。 攝像頭 組智能車是搭建基于視覺導(dǎo)航的智能汽車系統(tǒng)，通過攝像頭對賽道圖像的有效采集，然后再利用控制器 進一步 進行處理信息，作出相應(yīng)的決策，控制小車尋 跡。 （ 1） 前輪前束 圖 23 前輪約束 示意圖 前輪前束 是指兩輪后邊緣距離 A 與 前邊緣距離 R 之差 。 采用 的車模是后輪驅(qū)動，前輪是轉(zhuǎn)向輪。 智能車 的舵機采用直立放置的方式， 將 第 2 章 車模 系統(tǒng) 機械 設(shè)計 6 舵機安放在車模的前部中間位置， 這樣可以 保證車模轉(zhuǎn)向 時 的機械對稱性。 此外 MC9S12 還 具有靈活的定制模式，對 C 進行完全優(yōu)化的壓縮代碼的優(yōu)點。系統(tǒng)中 各個電路模塊所需的工作電流和工作電壓各不相同， 因此 設(shè)計了多種 穩(wěn)壓 電路，將 電池電 壓轉(zhuǎn)換為各個模塊所需的電壓。 [6]這樣 既可以有效抑制電源紋波，又可以 消除 9S12XSMAA最小系統(tǒng) 和 OV7620 攝像頭 的 供電 電源 與其他元件 供電模塊 之間 產(chǎn)生 干擾， 保證 其工作的穩(wěn)定性。 由于 9S12XSMAA單片機 P 口驅(qū)動能力 不夠大 ，所以要加 MOS 管驅(qū)動芯片 IR2104來 驅(qū)動 MOS 管 。 再 利用 光電編碼器來測量智能車的實際車速，并將實際車速反饋 給 模糊 PID 控制器，形成閉環(huán)負反饋回路，根據(jù)實際車速與理論速度的偏差來調(diào)節(jié)由單片機 P 口輸出的 PWM 波的占空比 ， 從 而 使智能能夠 高速平穩(wěn)運行。當 被控對象 的結(jié)構(gòu)和參數(shù) 不能 通過有效的測量手段來獲取即不能得到精確的數(shù)學模型 時 ，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠現(xiàn)場調(diào)試和經(jīng)驗來第 4 章 智能車速度 控制 軟件設(shè)計 18 確定，這時應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為 方便 。 位置式 PID 控制是將輸出量 u(k)直接 作用于執(zhí)行結(jié)構(gòu)， u(k)的值 與執(zhí)行機構(gòu)的位置 時 一一對應(yīng)的。為了提高制動效果，同時防止小車制動輪抱死，避免出現(xiàn)甩尾現(xiàn)象，妨礙小車的正常運行，我們采用 ABS 剎車法。 比例 控制實質(zhì)上是一個具有可調(diào)增益的放大器， 加大控制器 增益 KP 可以 減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差， KP 的 值會影響系統(tǒng)的 響應(yīng)速度 和 系統(tǒng) 的相對穩(wěn)定性 ， KP 的 值過大可能造成閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。 圖 58 Kd 較小時速度 變化曲線 第 5 章 系統(tǒng) 調(diào)試 29 綜上 所述， PID 控制系統(tǒng)各個參數(shù)對 速度控制 系統(tǒng)系能的影響如下表 51 所示： 表 51 PID 控制 系統(tǒng) 各個參數(shù)的 作用 參數(shù) KP Ki Kd 對速度 的影響 合適 的 PID 參數(shù) 智能車 在加減速 時 能迅速 跟上給定速度 ， 能以較快的速度在 賽道上 平穩(wěn)行駛 。在 后期 可以添加 SD 卡調(diào)試模塊，采用更加高級的 ARM 系統(tǒng) 作為核心控制器。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。郭謙功老師淵博的知識、嚴謹?shù)淖黠L和誨人不倦的態(tài)度給我留下了深刻的印象。他無論在理論上還是在實踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高這對于我以后的工作和學習都有一種巨大的幫助，感謝他耐心的輔導(dǎo)。 四年的大學生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要劃上句號，心中是無盡的難舍與眷戀。 作者簽名 : 二〇 一 〇年 九 月 二十 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）使用授權(quán)聲明 本人完全了解 濱州學院 關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定。潘浩 老師淵博的專業(yè)知識 ， 嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風對我影響深遠。利用 小車 與賽道的位置偏差，采用位置式PD 控制算法對舵機轉(zhuǎn)向進行開環(huán)控制。 的相角滯后 。 第 4 章 智能車速度 控制 軟件設(shè)計 22 圖 47 舵機 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 軟件， 在智能車 上配置藍牙， 在 智能車行駛過程中采集車速，利用 9S12XSMAA 單片機將采集到的數(shù)據(jù)由藍牙發(fā)送至上位機上， 在 上位機軟件上顯示 給定 車速 、 實際車速和 控制 電機的 PWM 波 。 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 時間 Ti 、微分時間 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)的動態(tài)和靜態(tài) 性能 。 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 克服 擾動干擾， 一般 增大比例系數(shù) Kp 可以減小 上升時間，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 時會導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。 在整個開發(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 17 MC9S12 系列專門提供的全套開發(fā)工具（ Metrowerks CodeWarrior IDE）。 如果 沒有測速模塊，開環(huán)控制電機轉(zhuǎn)速，會受到很多因素影響 ， 如電機傳動的摩擦力、道路摩擦力、電池電壓、前輪轉(zhuǎn)向角等 。因為 在 智能車行駛過程中要改變直流電機的轉(zhuǎn)速 ， 采用 一個 PWM（ 脈寬調(diào)制 ） 方波， 施加 在 直流電 機 上 的 PWM 波 的占空比對應(yīng)著 智能車 所需的速度， 電機起到 一個低通濾波器的作用，將 PWM 信號 轉(zhuǎn)換為有效的直流電平。 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。 Pseudo Stop：通過執(zhí)行 CPU STOP 指令進入該模式。智能車 的 速度控制系統(tǒng)的 如圖 31 所示 。 左右 。 [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。 第 2 章 車模 系統(tǒng) 機械 設(shè)計 2 第 2 章 車模系統(tǒng)機械設(shè)計 模型車 的 機械機構(gòu) 和組裝形式是整個模型車身的基礎(chǔ)，機械結(jié)構(gòu)的好壞對智能車的運行速度有直接的影響 。 關(guān)鍵詞 : 9S12XSMAA； PID 控制 ；電機控制；舵機控制； H 橋電機 驅(qū)動電路 中國石油大學（華東）本科畢業(yè)設(shè)計 (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。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 題 目： 倒退行走式 智能車 速度 控制算法 設(shè)計 中國石油大學（華東）本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 畢業(yè)設(shè)計（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（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。 通過測試 ，智能車最終能以 過賽道。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 控制舵機和電機，窗口算法采集處理跑 道 ，控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實現(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 。 在 安裝車輪時，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 滾動時的偏斜方向抵消，輪胎內(nèi)外側(cè)磨損的現(xiàn)象 將 會減少。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。智能車 與速度 控制相關(guān)的硬件電路主要包括以下幾個部分： 9S12 最小系統(tǒng) 、 電源 管理模塊 、 電機驅(qū)動 模塊、速度測量模塊、舵機模塊。通過復(fù)位和外部中斷可以從該模式當中喚醒。MC34063 片內(nèi)包含有溫度補償帶隙基準源、 大電流 輸出開光和驅(qū)動器、 一個占空比周期控制振蕩器，能 夠 輸出 的開關(guān)電流。 電機 的速度與施加在電機上的電壓 成正比 ，輸出轉(zhuǎn)矩與電機的電流成正比。 通過 控制 電機 驅(qū)動中 PWM 信號的占空比 來 控制電機的平均電壓，從而控制電機的轉(zhuǎn)速即控制智能車的 車速 。而這只是流行的 CodeWarrior 軟件開發(fā)工具中的兩個。 ?????? ??? ? 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。增量