【正文】 的控制中，能夠提高舵機(jī)和伺服電機(jī)的反應(yīng)速度，改善智能車系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。（6）智能車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)智能車的控制主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面是方向的控制，也就是對(duì)舵機(jī)的控制；另一方面是對(duì)速度的控制，也就是對(duì)伺服電機(jī)的控制。舵機(jī)的數(shù)學(xué)模型較為簡(jiǎn)單，具有很好的線性特征，只采用前饋控制；智能車的速度控制相對(duì)復(fù)雜一些，速度模型無(wú)法準(zhǔn)確建立，采用前饋改進(jìn) PID 算法進(jìn)行控制。智能車的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖 所示。圖 智能車的控制結(jié)構(gòu)圖圖 中， 分別是舵機(jī)和伺服電機(jī)數(shù)學(xué)模型。從圖中可以看出，智能車的方向控制和速度控制是相互獨(dú)立的，而且它們都是由路線偏差決定的。舵機(jī)轉(zhuǎn)角與路線偏差之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系是根據(jù)舵機(jī)的數(shù)學(xué)模型得到的，在速度控制回路中，既包括反饋回路，又包括前饋環(huán)節(jié)，伺服電機(jī)的控制量是在前饋補(bǔ)償基礎(chǔ)上，再由增量式 PID 算法計(jì)算得到。 轉(zhuǎn)向控制的 PD 調(diào)節(jié)智能車對(duì)方向的控制有兩點(diǎn)要求：在直道上，方向保持穩(wěn)定；在轉(zhuǎn)彎處，需要方向變化準(zhǔn)確而且迅速。只有這樣，才能保證智能車在跑道上高速、穩(wěn)定地運(yùn)行。為了提高方向控制的魯棒性，本文還對(duì)路線偏差進(jìn)行了模糊化處理。圖 5 是智能車方向模糊前饋控制的結(jié)構(gòu)圖，圖中 分別是直道和彎道兩種情況下的前饋控制函數(shù)。圖 智能車方向控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 速度控制策略為了使智能車在直道上以較快速度運(yùn)行，在轉(zhuǎn)彎時(shí)，防止智能車沖出跑道，則必須將智能車的速度降低，這就要求智能車的速度控制系統(tǒng)具有很好的加減速性能。當(dāng)智能車經(jīng)過(guò)連續(xù)轉(zhuǎn)彎的跑道時(shí)，路線偏差的頻繁變化會(huì)造成速度設(shè)定的頻繁變化，這會(huì)引起速度控制系統(tǒng)的振蕩，并且微分環(huán)節(jié)對(duì)誤差突變干擾很敏感，容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。為了解決上述存在的問(wèn)題，本文對(duì)數(shù)字 PID 算法進(jìn)行了改進(jìn)，將不完全微分和微分先行引入到 PID 算法中，大大改善了速度控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。圖 是智能車速度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖由于賽道路況和智能車的姿態(tài)會(huì)經(jīng)常變化，所以速度控制系統(tǒng)的模型也是不定的，為了提高系統(tǒng)的適應(yīng)性，本文速度控制系統(tǒng)中采用了模糊 PID 算法。將速度設(shè)定和實(shí)際速度進(jìn)行模糊分檔，通過(guò)調(diào)試得到不同情況下相對(duì)最優(yōu)的PID 參數(shù)，保證了速度控制系統(tǒng)在不同情況下都有較好的控制效果。 起跑線檢測(cè)電磁組智能車的起跑線與光電和攝像頭組的競(jìng)賽都有所不同，它是以 6 塊磁鐵為起跑線的檢測(cè)：圖 競(jìng)賽跑道起跑區(qū)示意圖由于是以磁鐵為起跑線，如果用檢測(cè)導(dǎo)線的傳感器去檢測(cè)起跑線是不現(xiàn)實(shí)的，所以我們采用干簧管為起跑線的檢測(cè)裝置。干簧管是一種磁敏的特殊開(kāi)關(guān)。它通常由兩個(gè)或三個(gè)既導(dǎo)磁又導(dǎo)電材料做成的簧片觸點(diǎn)，被封裝在充有惰性氣體(如氮、氦等)或真空的玻璃管里，玻璃管內(nèi)平行封裝的簧片端部重疊，并留有一定間隙或相互接觸以構(gòu)成開(kāi)關(guān)的常開(kāi)或常閉接點(diǎn)。當(dāng)永久磁鐵靠近干簧管時(shí)，或者由繞在干簧管上面的線圈通電后形成磁場(chǎng)使簧片磁化時(shí)，簧片的接點(diǎn)就會(huì)感應(yīng)出極性相反的磁極。由于磁極極性相反而相互吸引，當(dāng)吸引的磁力超過(guò)簧片的抗力時(shí)，分開(kāi)的接點(diǎn)便會(huì)吸合。當(dāng)磁力減小到一定值時(shí)，在簧片抗力的作用下接點(diǎn)又恢復(fù)到初始狀態(tài)。這樣便完成了一個(gè)開(kāi)關(guān)的作用。6 開(kāi)發(fā)與調(diào)試 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹Codewarrior是Metrowerks公司開(kāi)發(fā)的軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，飛思卡爾所有系列的微控制器都可以在codewarrior IDE下進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。本模型車所用的處理器是MC9S12XS128，程序調(diào)試是在codewarrior IDE ，所用語(yǔ)言為C語(yǔ)言。 首先要新建一個(gè)基于 Mc9sDG128B 的 HCS12 的工程，選用語(yǔ)言為 C 語(yǔ)言，具體的過(guò)程如圖 71 到 72 所示。建立好新的工程后，就可以在編譯器里進(jìn)行程序的編寫(xiě)。圖 Codewarrioer 新建工程界面圖 智能車整體調(diào)試 舵機(jī)調(diào)試首先在程序里不斷的修改舵機(jī)的控制量，確定舵機(jī)左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)極限的PWM值，記下該值留著在程序里設(shè)定左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的極限值。然后用一小段跑道來(lái)測(cè)試舵機(jī)的轉(zhuǎn)向，用不同的跑道段來(lái)測(cè)試模型車的轉(zhuǎn)向是否符合要求，當(dāng)用的是直道時(shí)候要保證模型車的舵機(jī)位置絕對(duì)的居中，小“S”道時(shí)候，模型車給出的轉(zhuǎn)角應(yīng)該足夠的小，大“S”時(shí)候轉(zhuǎn)角應(yīng)該近似為圓弧弦的角度，彎道時(shí)候要給足轉(zhuǎn)角。 電機(jī)調(diào)試 像測(cè)試舵機(jī)一樣用不同的賽道來(lái)測(cè)試電機(jī)給出的轉(zhuǎn)速是否滿足實(shí)際控制的需要，當(dāng)用的是小“S”道時(shí)候，模型車應(yīng)該保持直道上的速度，大“S”時(shí)候，應(yīng)該適當(dāng)?shù)臏p速，以使得通過(guò)時(shí)候不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的超調(diào)，彎道時(shí)候要能夠很的將速度降下來(lái)，如果是急轉(zhuǎn)彎時(shí)可以不給控制量或者讓電機(jī)反轉(zhuǎn)以達(dá)到剎車的效果。 整體調(diào)試 首先以一個(gè)較低的速度跑完整個(gè)賽道，然后再慢慢的提高速度，直到模型車在某一個(gè)地方出錯(cuò)，然后調(diào)整控制算法，如此反復(fù)，直到模型車能夠以理想的速度，在理想的路線上運(yùn)行完為止。7 總結(jié)本文詳細(xì)介紹了電磁智能車軟件與硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 、電磁信號(hào)采集模塊、起止線檢測(cè)模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。（1）對(duì)于前輪的調(diào)整主要影響的是賽車的轉(zhuǎn)向性能，包括前輪的主銷內(nèi)傾角、主銷后傾） 、前束等幾方面。對(duì)于后輪的調(diào)整主要是差速機(jī)構(gòu)的調(diào)整，它的作用是在車模轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，降低后輪與地面之間的滑動(dòng)，并且還可以保證在輪胎抱死的情況下不會(huì)損害到電機(jī)。（2）信號(hào)采集模塊主要由電磁探頭部分、電磁信號(hào)放大部分、霍爾傳感器部分及速度反饋部分組成。（3）探頭部分用工字型電感作為感應(yīng)磁場(chǎng)的媒介，這類電感體積小，Q 值高，具有開(kāi)放的磁芯，可以感應(yīng)周圍交變的磁場(chǎng)。為了加強(qiáng)探頭的選頻特性在電感上根據(jù) 串聯(lián)了容值匹配的電容。??102LCf?π干簧管是用于起始線檢測(cè)的傳感器，根據(jù)大賽在賽道起始線會(huì)鋪設(shè)一排磁鋼，用干簧管檢測(cè)起始線電路簡(jiǎn)單。(4)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用兩片BTS7960B半橋驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)，該芯片負(fù)載電流可以達(dá)到43A，而內(nèi)阻只有16 mΩ，十分適合賽車使用。 、電機(jī)控制和速度控制(1)速度反饋模塊采用的是與電機(jī)用齒輪嚙合的光電編碼器，通過(guò)定時(shí)讀取光電編碼器即可達(dá)到測(cè)定車速進(jìn)而實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制的目的。(2)舵機(jī)轉(zhuǎn)角與輸入的PWM之間關(guān)系十分穩(wěn)定，因此采用了直接根據(jù)信號(hào)給定PWM的控制方法，即簡(jiǎn)單的P控制。 (3)電機(jī)轉(zhuǎn)速由于受到電池電壓、電機(jī)傳動(dòng)摩擦力、道路摩擦力和前輪轉(zhuǎn)向角度等等很多因素的影響，不能采用直接對(duì)應(yīng)的控制方法，而應(yīng)采用閉環(huán)控制。賽車的速度控制賽用的是 PID 算法，為了加快速度響應(yīng)，又在期望速度與實(shí)際速度相差較大時(shí)預(yù)先引入一個(gè)預(yù)先標(biāo)定的開(kāi)環(huán)函數(shù)，雖然開(kāi)環(huán)函數(shù)由于前面說(shuō)到的原因不是很準(zhǔn)確但如果只作為 PID 算法的初始值的話還是可以極大的加快逼近速度的。P、I 和 D 的系數(shù)要根據(jù)賽道情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)思路是這樣的：當(dāng)賽車響應(yīng)不夠快時(shí)，需要增大 P 項(xiàng)的系數(shù)，但是 P 項(xiàng)系數(shù)的增大會(huì)帶來(lái)超調(diào)量的增大；當(dāng)超調(diào)量過(guò)大時(shí)，可以增大 D 項(xiàng)系數(shù)來(lái)改善穩(wěn)態(tài)性能；I 項(xiàng)可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，但是會(huì)減慢賽車響應(yīng)。具體調(diào)節(jié)時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。參考文獻(xiàn)[1]卓晴，黃開(kāi)勝，［M］，北京航空航天大學(xué)出版社，. 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