直立式光電智能車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-16 13:37 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 數(shù)每次平滑輸出控制量第10次計(jì)數(shù)：讀入編碼器脈沖數(shù)值速度控制時(shí)間片段4： 進(jìn)行2次計(jì)數(shù)每次平滑輸出控制量 第1次計(jì)數(shù)：線性CCD圖像處理 第2次計(jì)數(shù)：讀入轉(zhuǎn)向陀螺儀數(shù)值方向控制(b)楔形障礙直角雙邊沿賽道單引導(dǎo)線路徑分析方向控制雙邊沿賽道對(duì)應(yīng)參數(shù)及算法直角對(duì)應(yīng)參數(shù)及算法單引導(dǎo)線對(duì)應(yīng)參數(shù)及算法楔形障礙對(duì)應(yīng)參數(shù)及算法返回偏差值(c)200ns中斷進(jìn)入時(shí)間片段1：SI置1時(shí)間片段2：CLK置1時(shí)間片段3：SI置0時(shí)間片段4259：偶數(shù)次：AD1采集AD2采集CLK反轉(zhuǎn)奇數(shù)次：不做動(dòng)作時(shí)間片段260：CLK置0計(jì)數(shù)清零200ns中斷退出(d)圖42 主程序結(jié)構(gòu)示意圖(a) 主程序流程圖；(b)PIT0中斷處理；(c)路徑分析方向控制；(d)PIT1中斷處理； 主程序結(jié)構(gòu)平衡車的平穩(wěn)直立和恒速運(yùn)行需要嚴(yán)格的控制周期，將所有程序都放在了定時(shí)器中斷里面，保證直立，速度，方向之間的相互影響盡可能的小。陀螺儀和加速度計(jì)數(shù)據(jù)的讀入均通過單片機(jī)I2C總線進(jìn)行，使用示波器實(shí)際測(cè)量陀螺儀和加速度計(jì)采集時(shí)間，為了保證采樣的快速性和在中斷時(shí)間內(nèi)采樣完成，在定時(shí)器PIT0里面完成的任務(wù)有:；，進(jìn)行角度融合，角度控制，電機(jī)輸出；，方向控制量2次平滑輸出；，速度控制量10次平滑輸出。在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，線性CCD采集的圖像存在不穩(wěn)定跳動(dòng)。經(jīng)過分析，原因是線性CCD采樣放在主循環(huán)里面，在這期間會(huì)被定時(shí)器0中斷打斷23次，影響CCD若干點(diǎn)采樣的曝光時(shí)間。所以配置了第二路定時(shí)器PIT1，由于MKL26只有PIT0和PIT1兩個(gè)定時(shí)器通道，兩個(gè)定時(shí)器共用一個(gè)中斷號(hào)，兩個(gè)中斷任務(wù)寫在一個(gè)函數(shù)里面，并且寫在前面的標(biāo)志位對(duì)應(yīng)的任務(wù)優(yōu)先級(jí)要高。在PIT0中每6ms開一次PIT1定時(shí)器中斷，當(dāng)再次進(jìn)入PIT服務(wù)函數(shù)時(shí)會(huì)進(jìn)入PIT1中斷，定時(shí)器1中斷時(shí)間為200ns，模擬線性CCD輸入端SI、CLK采樣時(shí)序電平，采樣電平同時(shí)對(duì)兩路CCD提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在260次PIT1中斷完成后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)兩路CCD數(shù)據(jù)的采集，此時(shí)關(guān)閉PIT1中斷[[] 姚成文，蘇晨光，[R].2013：2937.]。 上位機(jī)設(shè)計(jì)利用藍(lán)牙模塊可以將車模的角度、車速和偏差等數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送到上位機(jī)，供在線調(diào)試和數(shù)據(jù)離線分析，加快調(diào)試進(jìn)程。圖43 藍(lán)牙模塊 上位機(jī)直立車有較多的參數(shù)需要調(diào)試整定，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于C winform[[] Karli Watson, Jacob Vibe Hammer, Jon , Morgan Skinner, Daniel Kemper, Christian Nagel, 齊立波，黃俊偉，入門經(jīng)典（第6版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012：10100.]環(huán)境下的上位機(jī)，對(duì)小車參數(shù)進(jìn)行在線傳送和參數(shù)觀測(cè)，下位機(jī)中則根據(jù)既定的協(xié)議配置串口接收中斷。圖44 上位機(jī)面板利用上位機(jī)軟件的數(shù)據(jù)保存功能對(duì)智能車的速度，角度，圖像等進(jìn)行保存，采用matlab對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖顯示，方便離線分析。 角度控制 互補(bǔ)濾波平衡車需要通過車身角度來(lái)維持車身平衡，角度的測(cè)量對(duì)平衡車極其關(guān)鍵，常用的用來(lái)測(cè)量角度的傳感器有加速度計(jì)和陀螺儀。加速度計(jì)的特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，由于機(jī)械振動(dòng)原因，加速度計(jì)測(cè)量信號(hào)會(huì)在實(shí)際值附近出現(xiàn)大波動(dòng)，在高頻段信號(hào)不可用。陀螺儀的特點(diǎn)是響應(yīng)快，積分后可測(cè)傾角，不過由于零漂和溫漂，會(huì)出現(xiàn)積分漂移[[] Nagel D J. MEMS：Micro technology[J].IEEE Circuits amp。 Device, 2001：17(2)：1425.]，在低頻段信號(hào)不好。通過低通濾波抑制加速度計(jì)高頻噪聲，通過高通濾波抑制陀螺儀低頻噪聲，這就是互補(bǔ)濾波。圖45是互補(bǔ)濾波器的圖形表達(dá)。角度角速度低通濾波器數(shù)值積分高通濾波器 Y X 加速度計(jì)陀螺儀圖45 互補(bǔ)濾波器互補(bǔ)濾波將陀螺儀和加速度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)融合起來(lái)，得到在高頻和低頻都比較好的信號(hào)。互補(bǔ)濾波相比較卡爾曼濾波[[] Kalman, . A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems. Transaction of the ASMEJournal of Basic Engineering[D]. 1960, 20(10)：48.]的優(yōu)點(diǎn)是不需要對(duì)噪聲精確建模，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單?；パa(bǔ)濾波的程序?qū)崿F(xiàn)如式(41)。angle = Q*(angle + gyro * dt) + R*(x_acc) (41)其中angle是濾波后的角度，Q可以理解為陀螺儀占的比重，gyro是陀螺儀測(cè)得的角速度，dt是采樣時(shí)間，R為加速度計(jì)占得比重，R與Q的和為1，R0，Q0，x_acc是加速度計(jì)測(cè)得的傾角。本系統(tǒng)采樣時(shí)間為dt=。在小車開機(jī)后還沒有開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)榇藭r(shí)加速度計(jì)測(cè)得的角度擾動(dòng)比運(yùn)動(dòng)過程中因?yàn)殡姍C(jī)、車模震動(dòng)帶來(lái)的擾動(dòng)要小得多，所以在電機(jī)還沒有開始轉(zhuǎn)動(dòng)之前讓加速度計(jì)占得比重大一些，讓濾波后角度快速跟蹤加速度計(jì)的輸出。經(jīng)過調(diào)試取Q=，R=，如圖46所示，濾波后角度能夠及時(shí)跟蹤加速度計(jì)輸出。圖46 平衡車開機(jī)靜止初期加速度計(jì)和濾波后角度對(duì)比圖在小車運(yùn)動(dòng)過程中，合適的加速度計(jì)比例可以濾除加速度計(jì)的波動(dòng)影響，同時(shí)也能有效抑制陀螺儀的漂移，這個(gè)比例值比小車靜止時(shí)的比例值要小。經(jīng)過調(diào)試取Q=，R=。濾波效果不錯(cuò)，如圖47所示。圖47 平衡車運(yùn)動(dòng)過程中加速度計(jì)和濾波后角度對(duì)比圖 角度閉環(huán)控制角度采取PD控制，保持小車在靜止和運(yùn)行過程中的角度恒定，PD參數(shù)調(diào)整好之后，小車的角度控制平滑，整體上小車站得比較硬，沒有大的突變。 速度控制通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速可以控制車輪速度，實(shí)現(xiàn)車模運(yùn)行速度控制。在平衡組的速度控制中，最終是通過角度控制改變車模速度，簡(jiǎn)單形容則為前傾加速、后傾減速。程序中的速度環(huán)實(shí)際上是對(duì)小車角度控制的擾動(dòng)，我們進(jìn)行PI控制的目的是使該擾動(dòng)在小車運(yùn)行過程中保持穩(wěn)定快速，這和普通速度控制有些類似。但所不同的是，由于小車速度控制是對(duì)角度控制的擾動(dòng)，為使此擾動(dòng)不至于變化太大影響車模穩(wěn)定直立，需要
語(yǔ)文相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1