【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 for(i = 0。 i INPUT_VOLTAGE_AVERAGE。 i ++) SampleInputVoltage()。 } else if(g_n1MSEventCount == 2) { GetInputVoltageAverage()。 AngleCalculate()。 AngleControl()。 MotorOutput()。 } else if(g_n1MSEventCount == 3) { g_nSpeedControlCount ++。 if(g_nSpeedControlCount = SPEED_CONTROL_COUNT) { SpeedControl()。 g_nSpeedControlCount = 0。 g_nSpeedControlPeriod = 0。 } } else if(g_n1MSEventCount == 4) { g_nDirectionControlCount ++。 DirectionVoltageSigma()。 if(g_nDirectionControlCount = DIRECTION_CONTROL_COUNT) { DirectionControl()。 g_nDirectionControlCount = 0。 g_nDirectionControlPeriod = 0。 }} 中斷服務(wù)程序 速度 PID 控制算法及其改進(jìn)形式PID 控制是工業(yè)過(guò)程控制中歷史最悠久，生命力最強(qiáng)的控制方式。這主要是因?yàn)檫@種控制方式具有直觀、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單和魯棒性能好等一系列的優(yōu)點(diǎn)。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(hào)為零時(shí)的控制作用，是控制量的基準(zhǔn)；029利用外接矩形法進(jìn)行數(shù)值積分，一階后向差分進(jìn)行數(shù)值微分，當(dāng)選定采樣周期為 T 時(shí)，式 可離散為下面的差分方程 001])()([)( xeTetKtxkj kdip ??????增量式 PID 算式。根據(jù)式 得出 002111 ])([ xeTeeKxkj kdjikpk ????????于是 )]2([ 2111 ??? ???? kkdkikpkk eeTex式 的計(jì)算結(jié)果，反映了第 k 和第 k－1 次輸出之間的增量，所以稱為增量算式。這個(gè)算式的結(jié)果是可正可負(fù)的。利用增量算式控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)每次只增加一個(gè)增量，因此執(zhí)行機(jī)構(gòu)起了一個(gè)累加的作用。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，位置和增量式兩種算式并無(wú)本質(zhì)區(qū)別，只是將原來(lái)全部由計(jì)算機(jī)完成的工作，分出一部分由其他元件去完成。然而，雖然增量式算式只是算法上的一點(diǎn)改進(jìn)，卻帶來(lái)了不少優(yōu)點(diǎn)：算式只與最近幾次采樣值有關(guān)，不需要進(jìn)行累加，不易引起誤差累積，因此容易獲得較好的控制效果。計(jì)算機(jī)只輸出增量，誤動(dòng)作時(shí)影響小，必要時(shí)可加邏輯保護(hù)，限制或禁止故障時(shí)的輸出。手動(dòng)于自動(dòng)切換時(shí)，由于步進(jìn)電機(jī)具有保持作用，所以容易實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換，機(jī)器故障時(shí)，也可以把信號(hào)保持在原位。由于增量算式有上述優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際控制中，應(yīng)用得比位置式更為廣泛。30 第五章 開(kāi)發(fā)調(diào)試過(guò)程及主要參數(shù)經(jīng)過(guò)我們組隊(duì)員的共同開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)，驗(yàn)證，我們依據(jù)所學(xué)的知識(shí)從入門(mén)到提高，經(jīng)歷的了開(kāi)發(fā)工具的應(yīng)用、方案的設(shè)計(jì)、調(diào)試過(guò)程如下。 開(kāi)發(fā)工具 采用了 USB 接口的 HCS12 BDM 下載工具，是支持 Freescale MC9S12 系列16 位單片機(jī)的 BDM 調(diào)試工具。軟件上采用的是 CodeWarrior for HCS12,經(jīng)過(guò)源程序的編寫(xiě)，連接，通過(guò)BDM 下載至 MC9S12XS128，完成單片機(jī)的開(kāi)發(fā)過(guò)程。CodeWarrior 是Metrowerks 公司專門(mén)面向 Motorola(Freescale)設(shè)計(jì)的嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)的軟件工具，包括集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 IDE，處理器專家?guī)?，全芯片仿真，可視化參?shù)顯示工具，項(xiàng)目管理器，C 交叉編譯器，匯編器，鏈接器以及調(diào)試器，支持在線編程和調(diào)試，給我們的開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)工作帶來(lái)了很大的方便。 制作調(diào)試過(guò)程說(shuō)明本系統(tǒng)采用 MC9S12XS128 作為主控制器，結(jié)合 20KHz，100mA 的恒流源，構(gòu)成了智能路徑識(shí)別系統(tǒng)。 各硬件部分我們通過(guò)制作 PCB 電路板安裝在智能車的相關(guān)部位。在車頭我們制作了尋跡用的電磁傳感器電路板，只要輸入激勵(lì)電源后，即可獲取磁場(chǎng)強(qiáng)度。通過(guò)杜邦線，連接到安裝在車身中央的 MC9S12XS128 上 。主控電路板包括了電源管理電路、單片機(jī)接口電路等，留有電磁傳感器信號(hào)輸入接口、速度傳感器信號(hào)輸入接口、電源輸入接口、電機(jī)接口等輸入輸出端口。車的重心問(wèn)題一直是困擾我們的地方，車的重心上下方向調(diào)整，對(duì)智能車行駛性能有很大影響。按照車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)理論，車身重心上移，相當(dāng)于頭重腳輕，31降低了后輪的抓地力；重心下移，會(huì)增大轉(zhuǎn)向靈敏度，后輪抓地力也會(huì)增加，同時(shí)對(duì)防止速度過(guò)大，車體側(cè)翻有很好的效果。試驗(yàn)中，我們進(jìn)行了多次嘗試，最后選定了最終的方案，使車體重心下移，達(dá)到了很好的額效果。因而調(diào)整合適的車體重心，讓智能車更加適應(yīng)跑道是很關(guān)鍵的。電機(jī)驅(qū)動(dòng)是最脆弱的地方，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)短路或起火的現(xiàn)象，可能是由于兩端接錯(cuò)線，或者電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間堵轉(zhuǎn)有很大的關(guān)系。 現(xiàn)公布一張我們?yōu)榱私鉀Q重心問(wèn)題而采取的方案，實(shí)測(cè)可以很清楚地知道比沒(méi)有采用此方案的額小車速度可以增加 ?，F(xiàn)在車速一般穩(wěn)定在。32 智能車主要技術(shù)參數(shù)模型車的外形如下圖所示：主要技術(shù)參數(shù)如下：33改造后智能車的主要技術(shù)參數(shù)如表所示：項(xiàng)目 參數(shù)路徑檢測(cè)方法（賽題組） 電磁組車模幾何尺寸（長(zhǎng)、寬、高） （毫米） 3924110車模軸距/輪距（毫米） 200車模平均電流（勻速行駛）(毫安) 5000電路電容總量（微法） 1500 左右傳感器種類及個(gè)數(shù) 10mh 電感 2 個(gè)、陀螺儀 2 個(gè)、7361 加速度計(jì) 1 個(gè)、157 線編碼器 2 個(gè)新增加伺服電機(jī)個(gè)數(shù) 0賽道信息檢測(cè)空間精度（毫米） 1賽道信息檢測(cè)頻率（次/秒） 100主要集成電路數(shù)量 3車模重量（帶有電池） （千克） 1kg 左右 存在 問(wèn)題 及改進(jìn)方法雖然經(jīng)過(guò)這么長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)試，畢竟這是第一次基于電磁車直立的比賽，存在的問(wèn)題還很多，下面我們想說(shuō)說(shuō)存在的問(wèn)題及改進(jìn)方向。34首先，電磁傳感器的方案中，輸出電壓與輸入的磁場(chǎng)強(qiáng)度不成正比，這導(dǎo)致了測(cè)量時(shí)存在誤差，可以采用補(bǔ)償?shù)姆椒右韵?，可以進(jìn)行硬件和軟件的補(bǔ)償，還有一點(diǎn)就是前瞻問(wèn)題，由于是剛開(kāi)始接觸電磁，我們組根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)和推測(cè)，電磁的前瞻應(yīng)該能有約 25—35cm 的前瞻，可從不同方向的放置電磁傳感器，如水平方向、Y 軸方向上的，亦可成 45176。放置，這樣可以大概檢測(cè)出彎道的曲率半徑，從而更好的控制轉(zhuǎn)向和速度。然后，由電磁傳感器測(cè)得的電壓來(lái)計(jì)算相對(duì)偏移量的算法中，可以大幅改進(jìn)，根據(jù)理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)更穩(wěn)定、更精確地算法，如擬合直線，二次曲線等方法，更精確的得出相對(duì)位置的大小。使控制更快、穩(wěn)、準(zhǔn)。 然后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的改進(jìn)很有發(fā)展，目前電機(jī)驅(qū)動(dòng)由于電流的限制，使加減速不是很明顯，嚴(yán)重影響了快速性和靈活性，可以采用電流更大的電力電子裝置來(lái)加大電流，是加減速性能得到提高。 最后，談一下限制速度的因素。通過(guò)幾個(gè)月的調(diào)車經(jīng)驗(yàn)，我總結(jié)一下限制速度的原因。一、重心。二、轉(zhuǎn)向控制。三、速度 pi 參數(shù)的整定。由于小車的硬件不同，各個(gè)參賽隊(duì)遇到的原因不盡相同。傳感器的高低也有一定影響，個(gè)人感覺(jué)確實(shí)有些影響，一般 1015cm 范圍內(nèi)，線性度還是蠻高的。當(dāng)然了，由于各個(gè)參賽組所用到的放大器不一樣，這個(gè)高度也不盡相同。對(duì)于以上的幾個(gè)因素，我采用了不同的方案。對(duì)于重心的調(diào)節(jié)，我們一般改變電池的位置還有主板的布局可以解決。對(duì)于轉(zhuǎn)向控制，這個(gè)主要看放大器給力不給力，好的放大器出來(lái)的數(shù)特別準(zhǔn)，不好的放大器出來(lái)的值一直跳動(dòng)，不利于差速控制。35參考文獻(xiàn)[1] 宋文緒，楊帆．傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M]．第 1 版，北京：高等教育出版社。[2] 賈伯年，俞樸．傳感器技術(shù)[M]．第 2 版，南京：東南大學(xué)出版社。[3]――挑戰(zhàn)“飛思卡爾”：北京航空航天大學(xué)出 版社，.[4]：清華大學(xué)出版社，2022.[5].《基于磁場(chǎng)檢測(cè)的尋線小車傳感器布局研究》 ，清華大學(xué)，[6] 李發(fā)海，王巖智．電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)[M]．第 1 版，北京：清華大學(xué)出版社。[7]競(jìng)賽組秘書(shū)處.《路徑檢測(cè)設(shè)計(jì)參考方案》.。[8]競(jìng)賽組秘書(shū)處 技術(shù)組.《20KHz 電源參考設(shè)計(jì)方案》 。[9]競(jìng)賽組秘書(shū)處 技術(shù)組. 第七屆全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競(jìng)賽 電磁組直立行車參考設(shè)計(jì)方案 （版本 ） 。[10] 競(jìng)賽組秘書(shū)處 DSC 工程目錄與文件說(shuō)明36參考程序：注：此自平衡車是主要參照官網(wǎng)制作而成。程序同官網(wǎng)基本一致。 現(xiàn)將我們的程序完整公布如下，希望大家一起探討：include include include include include define SPEED_CONTROL_PERIOD 100define SPEED_CONTROL_COUNT 20unsigned char keyscan_F=0。 //按鍵掃描時(shí)間到標(biāo)志，由 10ms 定時(shí)中斷置位unsigned char keyflag=0。 //key 標(biāo)志，0 無(wú)鍵按下，1 有鍵按下，2 有鍵按下且去抖完成，3 按鍵處理完畢unsigned char keycode=0。 //掃描按鍵值unsigned char keycode_last=0。//舊的掃描按鍵值//70,7,0,50,0,100,2,250//70,10,0,50,0,100,3,270 int parameter[8]={60,10,15,0,180,286,42,520}。 //60,10,15,0,220,273,42,480 //參數(shù)默認(rèn)值，可自行修改char * dispara[8]={KP_ANGLE,KP_ANGLEDOT,SPEED_CONTROL_P,SPEED_CONTROL_I,DIR_CONTROL_FP,ZeroData,DIR_CONTROL_D,CAR_SPEED_SETfDelta}。byte set_F=0。 int Sensor[8]。int GetSensor[8]。float PreAngleDot。float PreAngle。37int g_nLeftMotorPulseSigma。int g_nRightMotorPulseSigma。float g_fCarSpeed。float g_fSpeedControlOutOld。float g_fSpeedControlOutNew。int DIR_CONTROL_D_VALUE。int ZeroData。int TimeCnt=0。int TimeCnt1=0。int g_nSpeedControlPeriod=0。int g_nSpeedControlCount=0。 int g_nDirectionControlPeriod=0。int g_nDirectionControlCount=0。 int KP_ANGLE。//參數(shù)int KP_ANGLEDOT。int SPEED_CONTROL_P。//速度 P 控制參數(shù)int SPEED_CONTROL_I。//速度 I 控制參數(shù)int CAR_SPEED_SETfDelta。//設(shè)定的初始速度f(wàn)loat nFrontLeft, nFrontRight。float nBackLeft, nBackRight。 int DIR_CONTROL_FP。int DIR_CONTROL_BP。int DIR_CONTROL_D。float g_fAngleControlOut。float g_fSpeedControlOut。float g_fDirectionControlOut。/****************