【正文】 車在白色背景上運行時，需要保證小車做好銜接工作，不能跑出去。因此標志位置1之后清零的標志是雙邊沿已經(jīng)尋到，并且寬度合適。圖 413 單引導線 電機差動控制 利用計算方向所得偏差經(jīng)過比例微分算法分別與車模速度控制信號進行加和減，形成左右輪差動控制電壓，使得車模左右輪運行角速度不一致進而控制車模方向。通過簡單的比例控制可以初步實現(xiàn)方向控制。通過左右電機速度差驅動車模轉向消除車模偏差是一個積分過程，因此車模差動控制不需要進行積分控制。由于車模本身安裝有電池等比較重的物體，具有很大的轉動慣量，為了抑制車模在拐彎過程中出現(xiàn)過沖擺動現(xiàn)象，引入陀螺儀的水平轉向角速度加入微分作用，使車模不會發(fā)生擺動，轉彎流暢。為了減少小車方向控制對角度控制的影響，方向控制周期設為角度控制周期的2倍，即12ms。在調試過程中出現(xiàn)了若干問題，其一是小車在過直角元素和十字彎道里面容易滑行，速度減慢不流暢，分析原因是因為兩種賽道元素的偏差突變比較嚴重，導致小車轉向不連續(xù)，進而影響角度和速度控制，所以需要軟件處理一下，將賽道的連續(xù)性考慮進去，防止偏差跳變。 軟件部分總結 軟件的調試就是一次一次想算法，不斷實驗、改進和排除錯誤的過程。調試過程中需要根據(jù)經(jīng)驗來判斷哪里存在問題。CCD信號采集需要穩(wěn)定的周期，不能被其它中斷打斷；同時調試過程中需要串口發(fā)送CCD數(shù)據(jù)，如果發(fā)送與CCD采集是順序關系，會改變CCD曝光時間，就是此時所得到的數(shù)據(jù)不是小車真正運行時看到的圖像?？刂茀?shù)的調整也非常重要，它們是平衡車直立穩(wěn)定的基礎。小車角度設定值要是小車保持靜止時的角度，大了會造成小車超速，小了會造成小車加速緩慢。小車運行過程中不能站得太軟否則角度會波動較大，速度積分限幅非常重要，太小小車不能達到設定速度，太大則容易造成波動。小車轉向需要用到水平陀螺儀角速度，需要確定小車的水平軸具體是什么。調試初期我們用的是小車的陀螺儀Y軸作為轉向軸，經(jīng)過實測才發(fā)現(xiàn)水平轉向軸是Z軸。第5章 智能車調試試驗第5章 智能車調試實驗 硬件部分調試 電源模塊調試，TPS7350、LM2940輸出電壓均為5V左右。實測系統(tǒng)各路電源穩(wěn)定，保證了系統(tǒng)其他模塊的正常運行。 電機驅動模塊調試 使用單片機的四路PWM波（ TPM0_CH0、TPM0_CHTPM0_CH2和TPM0_CH3），初始化TPM精度為5000，即寄存器大小為5000時，PWM占空比為100%，調試過程中要保證寄存器賦值不能超過精度，否則會使單片機死機。四路PWM頻率均為10KHz。其中TPM0_CH0和TPM0_CH1控制左側電機正反轉和轉速，TPM0_CH2和TPM0_CH3控制右側電機正反轉和轉速。測試左側電機，先設置TPM0_CH0占空比為零（輸出低電平），再通過改變TPM0_CH1的占空比來控制轉速，此時左側電機為正轉。反之，將TPM0_CH1占空比設置為零（輸出低電平），再通過改變TPM0_CH0的占空比來控制轉速，此時左側電機為反轉。同理可以測試右側電機。 軟件部分調試平衡車車在賽道上平穩(wěn)運行首先需要保證角度、速度穩(wěn)定，不會出現(xiàn)過沖超調現(xiàn)象，轉彎應該流暢，不會出現(xiàn)來回擺動現(xiàn)象。下面著重介紹幾個參數(shù)的整定。 靜態(tài)參數(shù)調試靜態(tài)下不涉及車模的轉向控制，角度和速度控制調試要相互結合。平衡車首先需要整定的是靜止狀態(tài)下的角度PD參數(shù)，使小車直立穩(wěn)定，受干擾后能夠及時回到穩(wěn)定狀態(tài)，既不會出現(xiàn)過沖超調現(xiàn)象，也不會出現(xiàn)站得太“軟”現(xiàn)象。因為此時還沒有加入速度控制，小車會出現(xiàn)向一邊加速的現(xiàn)象。加入速度控制后，首先先加入I作用，加入積分上下限，初步設置為正負900，此時小車會在原地上下擺動，此時加入速度P作用，調整合適后車模基本處于原地靜止狀態(tài)，不會出現(xiàn)大的擺動。最終確定角度P=650，D=6，速度P=210，速度I=30。角度速度靜態(tài)調試結果如圖51所示。圖 51 角度速度靜態(tài)調試 動態(tài)參數(shù)調試 進行動態(tài)調試時，需要根據(jù)現(xiàn)象對角度PD和速度PI在靜態(tài)參數(shù)的基礎上進行微調，達到角度和速度穩(wěn)定的效果。不加入方向控制，讓車模在平地上進行勻速跑，觀察車模運行情況進行相應調試。轉向量當中陀螺儀角速度D如果占得比例過大，會抑制轉向P的作用，因此調試轉向參數(shù)的過程中需要首先調節(jié)轉向P，然后加入陀螺儀D來抑制小車在運行過程中的過沖擺動，調試最后小車轉彎流暢，無過沖現(xiàn)象。加入方向控制后，因為轉向對車模平衡的擾動，包括賽道、車輪的光滑程度，以及參數(shù)的調整情況都會影響車模的速度控制。車模動態(tài)參數(shù)調試的結果如圖52所示。圖52 角度速度動態(tài)調試 小結硬件電路的焊接需要確保不會出現(xiàn)虛焊點，杜邦線連接牢固穩(wěn)定。軟件參數(shù)的調試必須遵循循序漸進的原則，首先確保直立穩(wěn)定，然后是速度穩(wěn)定，轉向及時無過沖。最后進入綜合調試，各個參數(shù)都要根據(jù)車模運行效果進行及時調整。第6章 總結與展望第6章 總結與展望從去年12月份開始做平衡車，從設計焊接PCB到小車剛開始直立，經(jīng)過近7個月的調試優(yōu)化，小車從剛能在賽道上跑，到最快速度達到2m/s，我們在不斷進步。經(jīng)過長期的調試，智能車能平穩(wěn)直立，速度穩(wěn)定，可以準確識別路徑。 總結在這期間，我們完成了一些基礎性工作，并在前人的基礎做出了一些改進：（1） 圖像處理采用動態(tài)閾值二值化并進行低通濾波。能有效適應各種光強，準確識別賽道信息。 （2）縮短速度控制周期。改進官方方案100ms的速度控制周期，改為60ms，保證控制及時有效。（3） 使用上位機與matlab結合進行系統(tǒng)軟件調試，包括在線調試和離線分析，大大加快調試進程。 展望（1）我們會繼續(xù)實驗，對不同賽道情況，找出最合適的參數(shù)，使小車能快速的在各種賽道上行駛。（2）機械結構上，在保證可以爬坡的基礎上，適當降低電池高度，降低重心。（3）圖像處理上，繼續(xù)識別坡道等賽道類型，實現(xiàn)準確沒有誤判。（4）建立電機電流與轉速模型，實現(xiàn)電機線性控制，使PID控制更加有效，保證車模有著更加穩(wěn)定的性能。中國石油大學（華東）本科畢業(yè)設計(論文)致 謝在制作平衡車過程中，我們遇到了很多問題，雖然傳感器選型基本上沿用上屆智能車比賽，但是我們在機械、軟件方案的確定上經(jīng)歷了相當多的嘗試。隨著一輛車模的不斷完善，我們的自信心也在不斷增強。即將畢業(yè)，需要感謝的人和事有很多。借此致謝的機會，首先，我要感謝我的母校中國石油大學（華東），感謝母校對我四年的培育，感謝學院對這次比賽的重視和大力支持，感謝老師的教誨。其次，感謝鄢志丹老師對我的指導。鄢老師在畢設過程中對我的硬件電路設計、程序算法設計和論文編寫等方面提出了許多建設性的意見，在此表示深深的感謝。最后，我要感謝馬士騰等學長和在實驗室一同備戰(zhàn)飛思卡爾的學弟學妹們，感謝你們的陪伴。參考文獻