【文章內(nèi)容簡介】 至過快而沖出跑道。通過控制驅動電機上的平均電壓可以控制車速，但是如果開環(huán)控制，電機轉速會受到很多因素影響，例如電池電壓、電機傳動摩擦力、道路摩擦力和前輪轉向角等。這些因素會造成小車運行不穩(wěn)定。通過速度檢測，對小車速度進行閉環(huán)反饋控制，即可消除上述各種因素的影響，使得小車運行得更穩(wěn)定。對車速的PID閉環(huán)控制策略是將建立在經(jīng)典的PID控制算法的基礎上，然后進行了創(chuàng)新。有關PID的控制策略在這里做相關的介紹說明。將偏差的比例（Proportion）、積分（Integral）和微分（Differential）通過線性組合構成控制量，用這一控制量對被控對象進行控制，這樣的控制器稱PID控制器。 模擬PID控制原理在模擬控制系統(tǒng)中，控制器最常用的控制規(guī)律是PID控制。為了說明控制器的工作原理，先看一個例子。給定速度與實際轉速進行比較，其差值，經(jīng)過PID控制器調(diào)整后輸出電壓控制信號，經(jīng)過功率放大后，驅動直流電動機改變其轉速。 直流電機調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對象組成。圖中是給定值，是系統(tǒng)的實際輸出值，給定值與實際輸出值構成控制偏差。（公式1）作為PID控制的輸入，作為PID控制器的輸出和被控對象的輸入。所以模擬PID控制器的控制規(guī)律如公式2。（公式2）式中：——控制器的比例系數(shù) ——控制器的積分時間，也稱積分系數(shù) ——控制器的微分時間，也稱微分系數(shù) 模擬PID控制原理圖 增量式PID控制原理 由于計算機的出現(xiàn)，計算機進入了控制領域。人們將模擬PID控制規(guī)律引入到計算機中來。對公式2的PID控制規(guī)律進行適當?shù)淖儞Q，就可以用軟件實現(xiàn)PID控制，即數(shù)字PID控制。由于計算機控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差計算控制量，而不能像模擬控制那樣連續(xù)輸出控制量量，進行連續(xù)控制。由于這一特點公式2中的積分項和微分項不能直接使用，必須進行離散化處理。離散化處理的方法為：以作為采樣周期，作為采樣序號，則離散采樣時間對應著連續(xù)時間，用矩形法數(shù)值積分近似代替積分，用一階后向差分近似代替微分。這樣就將17第五章 軟件系統(tǒng)設計與實現(xiàn)擬PID控制演變?yōu)閿?shù)字PID控制的增量式的PID控制，增量式PID控制算法可以通過公式2推導出。其算法公式如下： 其中，為第n次輸出增量；為第n次偏差；為第n－1次偏差；為第n－2次偏差。： 增量式PID控制算法原理圖。 速度的軟件控制算法流程圖19第六章 系統(tǒng)調(diào)試第六章 系統(tǒng)調(diào)試這一章介紹了使用的調(diào)試工具以及系統(tǒng)的調(diào)試方法。 調(diào)試工具介紹 IDE環(huán)境介紹CodeWarrior IDE 能夠自動地檢查代碼中的明顯錯誤，它通過一個集成的調(diào)試器和編輯器來掃描你的代碼，以找到并減少明顯的錯誤，然后編譯并鏈接程序以便計算機能夠理解并執(zhí)行你的程序。每個應用程序都經(jīng)過了使用像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。具體到比賽所應用S9S12XDG128的一個顯著特點就是片上外圍設備眾多，每個外圍設備對應的寄存器也較多，有的甚至達到三十多個。Metrowerks CodeWarrior IDE中的 文件對所有寄存器對應的存儲映射地址都進行了宏定義，開發(fā)者在軟件開發(fā)時直接調(diào)用這些宏就可以了。而且，這些宏的名稱都與說明文檔上相應寄存器的名稱，相同或類似，這樣，很便于對S9S12X的開發(fā)。 可以很方便的對單片機進行選擇，并且在編寫程序的過程中，強大的功能使得程序員編寫的代碼緊湊，高效。： 界面在CodeWarrior編譯器中，集成了單片機下載和調(diào)試軟件hiwave，在這個環(huán)境下，程序員可以使用BDM 對于單片機進行調(diào)試。使得單片機的調(diào)試極為方便，這種狀況下，我們可以隨意的看到程序運行過程中的各個狀態(tài)，極大的方便了調(diào)試。： hiwave程序界面 無線串口介紹 能夠獲得車模行進中的速度與角度的實時參數(shù)對于車模系統(tǒng)的調(diào)試是非常有幫助的。 這時無線數(shù)據(jù)傳輸就是必要的選擇。系統(tǒng)中使用的無線串口是利爾達科技有限公司出品的LSDRFMCB401A2 無線模快，這個模塊是基于TI 射頻集成芯片CC1100E 的射頻模塊。：21第六章 系統(tǒng)調(diào)試 無線串口模塊無線收發(fā)模塊的基本操作：可以通過控制引腳來使模塊工作在不同的工作模式：正常收發(fā)模式、低功耗模式。在上電后模塊處于正常收發(fā)模式，此時“STATE 引腳”一直置高。如果此時在“SLEEP”引腳”上有一個下降沿，且維持一個大于10ms 的低電平，則模塊工作在低功耗模式下，“STATE 引腳”同時置低；CC1100E 休眠，MCU 處低功耗模式下。不能再實現(xiàn)串口及無線通訊。: 時序圖在低功耗模式下，如果在“SLEEP 引腳”上也是一個下降沿，且維持一個大于10ms的低電平，則模塊被喚醒，“STATE 引腳”同時置高。又可以進行透傳功能。更改串口校驗方式模塊的串口校驗方式由上圖的IO 口擴展圖上的“UART_L”和“UART_H”: (紅色框表示短接) 串口校驗方式選擇 調(diào)試方法介紹系統(tǒng)的調(diào)試方法介紹分為四個部分，攝像頭調(diào)試方法，舵機轉角調(diào)試方法，編碼器調(diào)試方法以及速度調(diào)試方法。 攝像頭調(diào)試方法首先使用PAL制式的電視機來調(diào)整攝像頭的角度以獲得足夠的視野范圍，然后用示波器觀察PAL的電壓范圍，～。用這個數(shù)值對應的調(diào)整AD的參考電壓，以使AD的轉換數(shù)值可以達到很明顯。最后使用上文中敘述的無線串口加MATLAB繪圖的方式來確定CPU獲得的圖像。 舵機轉角調(diào)試方法 舵機轉角調(diào)試首先進行的是靜態(tài)的調(diào)試，就是將車拿在手中調(diào)試，不斷的擺動前方的跑到板來確定轉角的靈活性。但是這樣得到的效果并不是最精確的，所以第二個過程是在跑動中測的，讓車模在跑道上跑10s的時間，然后停車，使用無線串口將角度發(fā)回到電腦里，并用MATLAB進行角度的查看。這部分將在下文中進行展示。 編碼器調(diào)試方法編碼器的調(diào)試方法和舵機轉角調(diào)試的第二個過程一樣，讓車模在跑道上跑10s的時間，然后停車，使用無線串口將角度發(fā)回到電腦里，并用MATLAB進行查看。這部分將在下文中進行展示。 速度調(diào)試方法速度是智能車比賽追求的最終目標，也是系統(tǒng)中最難調(diào)試的部分。因為速度和角度以及編碼器得到的數(shù)據(jù)都有關系。只有保證了角度靈敏并且編碼器也已經(jīng)精準了以后才可以真正的進行速度的調(diào)試。所以，在調(diào)試編碼器的數(shù)據(jù)和25第六章 系統(tǒng)調(diào)試舵機角度的靈敏性的時候電機給的PWM占空比一直是一個固定的值。在下面將展示在速度是1m/s下的獲得的角度和實際測得速度的數(shù)據(jù)序列在MATLAB中畫出的： Matlab 做出的角度變化圖：圖 Matlab 做出的角度一階差分變化圖根據(jù)以上的波形圖的對比我們可以得出一個需要的理論速度，就是速度和角度的變化率之間應該是有關系的，再使用經(jīng)典的bangbang控制法進行速度調(diào)控，來使測得速度與理論速度達到一個擬合。這部分的程序將在附錄中進行展示。第七章 模型車的主要技術參數(shù)表 模型車的主要技術參數(shù)說明項目參數(shù)路經(jīng)檢測方法攝像頭組車模長、寬、高（mm）長：290 寬：200 高：350電容總量1400微法傳感器種類幾個數(shù)CMOS攝像頭一個，測速編碼器一個除了車模原有的驅動電機、舵機之外伺服電機個數(shù)一個舵機賽道信息檢測精度1cm賽道信息檢測