【正文】 打越大的舵角。這就是比例控制（P）遺憾的是，這種方法并不能將小車穩(wěn)定在線上，因?yàn)樾≤囉袘T性。假設(shè)黑線偏左，說明小車偏右了，需要左傳舵，等到小車回到中心的時(shí)候，停止轉(zhuǎn)舵，可是小車的慣性會(huì)使車身繼續(xù)左轉(zhuǎn)，直到?jīng)_過黑線，黑線又偏右。然后控制過程反復(fù)，車身是在左右搖擺中向前行走的。這種搖擺叫做“超調(diào)”，超調(diào)越大，控制越不穩(wěn)定，容易出軌。為了克服慣性，最簡(jiǎn)單的辦法是任何控制動(dòng)作都提前一點(diǎn)。適當(dāng)調(diào)整提前量可以抵消慣性；另外，即使偏移量相同的情況下，在不同半徑的彎道，也需要不同的舵角。這些都是比例控制不能實(shí)現(xiàn)的。我們除了位置信息之外，還需要知道軌跡的變化趨勢(shì)。為了實(shí)現(xiàn)提前控制，在時(shí)間上，除非延長傳感器，否則沒有辦法提前獲知轉(zhuǎn)彎。那么我們只能在控制量上想辦法。一個(gè)函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，反映了該函數(shù)的變化趨勢(shì)。同樣我們可以用黑線位置的微分值來提前得到變化趨勢(shì)。用本次位置減去前次位置求出差值，就大致知道偏移量的變化趨勢(shì)。將該差值和比例相加后一起作為控制量，即可實(shí)現(xiàn)提前控制。這就叫做比例微分控制（PD控制）下圖是小車的控制系統(tǒng)框圖： PID控制算法傳感器位置求出后，減去中心值，得到和中心的偏差量。該偏差量乘以比例系數(shù)得到比例控制量。并且計(jì)算相鄰若干次偏差量之間的差值，乘以微分系數(shù)，得到微分控制量。將比例控制量和微分控制量相加，作為最終的舵角控制量。積分控制在此系統(tǒng)中沒有使用，原因是舵角到位置之間本身就是積分關(guān)系的，另外積分控制有相當(dāng)大的滯后，對(duì)控制穩(wěn)定性不利。一般在調(diào)節(jié)P和D時(shí)需要先調(diào)節(jié)P的值，因?yàn)楸壤禂?shù)較微分系數(shù)對(duì)小車的影響更大。在調(diào)節(jié)P的值時(shí)可以先將D的值置為0。當(dāng)發(fā)現(xiàn)小車在偏離黑線卻可以很快的轉(zhuǎn)回來時(shí)，P就調(diào)的差不多了；D的調(diào)節(jié)相對(duì)簡(jiǎn)單。 搜線算法當(dāng)小車因慣性、超調(diào)、控制失敗、環(huán)境干擾、黑線中斷等原因沖出黑線后，需要啟用錯(cuò)誤處理算法，重新搜尋黑線。這里用了一個(gè)最簡(jiǎn)單的方法：當(dāng)判斷傳感器沒有讀到黑線位置時(shí)，不運(yùn)算也不輸出，這樣小車就會(huì)保持沖出黑線前最后一刻的姿態(tài)，繼續(xù)前進(jìn)。如果黑線中斷或被遮擋，小車會(huì)沿原定路線走，如果小車因?yàn)槌{(diào)、慣性拐出跑道，會(huì)繼續(xù)滿舵轉(zhuǎn)圈尋找黑線。這種方法簡(jiǎn)單，但很多情況下會(huì)找不到跑道，在原地打轉(zhuǎn)。所以我們應(yīng)該改進(jìn)算法，使小車在若干秒滿舵轉(zhuǎn)圈仍然找不到黑線時(shí)就放大轉(zhuǎn)圈半徑等。還有，小車如果在轉(zhuǎn)彎時(shí)的速度太快，小車來不及處理，很容易脫離軌道，而且現(xiàn)在我們所采取的程序是讓小車在轉(zhuǎn)彎時(shí)如果彎度太大，一個(gè)輪的速度就會(huì)為0，而另外一個(gè)的則是全速前進(jìn)。在走直線時(shí)，小車的速度也稍有減慢。所以我們需要對(duì)程序進(jìn)行相應(yīng)的修改，讓小車在走直線時(shí)能全速前進(jìn)；在拐彎時(shí)速度能慢下來。 避障算法：如圖所示，將障礙物與小車之間的距離分為以下八擋。當(dāng)小車的正前方離障礙物的位置小于參數(shù)30時(shí)，將電機(jī)反轉(zhuǎn)一定時(shí)間然后從左邊繞開它，繼續(xù)向前行進(jìn)；同理，可以實(shí)現(xiàn)躲避左邊、右邊、后邊的障礙物。并用反射式紅外傳感器來檢測(cè)黑線的位置，使小車能按黑線前進(jìn)。 障礙物距離與參數(shù)的關(guān)系圖用矢量合成法來計(jì)算障礙物與小車之間的距離，并將其轉(zhuǎn)換為上圖所示的關(guān)系。具體如下： 矢量合成法計(jì)算距離如上圖所示，將每個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)看成一個(gè)推力矢量，并將它們分解在X軸和Y軸上，F(xiàn)x=F*cosa, Fy=F*sina。注意：由障礙物產(chǎn)生的矢量由傳感器指向測(cè)距環(huán)中心，而由光線產(chǎn)生的矢量由測(cè)距環(huán)中指向傳感器。將各個(gè)矢量分解在X軸和Y軸上后，求X軸和Y軸上的矢量和，將Y軸上的矢量和作為兩輪的共同速度，而將X軸上的矢量和作為兩輪的差速度，這樣就能使小車產(chǎn)生避障的動(dòng)作。這樣算下來精度不是很高，而且傳感器的位置本來就沒有對(duì)某個(gè)點(diǎn)完全對(duì)稱。：用上面的算法會(huì)增加復(fù)雜性。最簡(jiǎn)單的方法是通過改變串聯(lián)電阻的方法來改變傳感器的測(cè)距范圍，這樣，既可以有效地躲避障礙物，而且也不用增加算法來判斷離障礙物的位置，可以更加準(zhǔn)確的躲避障礙物。 轉(zhuǎn)彎控制算法前文已述，只要改變左右兩輪的速度比，即可控制小車的轉(zhuǎn)彎方向。軟件上占空比可設(shè)置為0~%，分別對(duì)應(yīng)到寄存器數(shù)據(jù)的0~1000。按右圖控制左右輪PWM寄存器的值，即可控制轉(zhuǎn)向。 電機(jī)轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速控制改進(jìn)：這種方法的速度控制是開環(huán)的。占空比和實(shí)際速度、實(shí)際轉(zhuǎn)彎角之間并是很不嚴(yán)格的線性。加上電機(jī)的差異、負(fù)重的不同、電池電量的差別、輪胎大小的差別都會(huì)造成速度的差異。雖然上面的巡線算法可以將這些誤差都包進(jìn)反饋環(huán)而得以校正，但會(huì)造成控制性能的下降。車輪上可以安裝反射輻條，或者打孔，用紅外傳感器計(jì)算脈沖頻率而測(cè)量速度，并做速度反饋，將輪速嚴(yán)格保持在指令給定的速度上，控制性能會(huì)有明顯提高。25第五章 總結(jié)第五章 總 結(jié)現(xiàn)在小車已經(jīng)能夠在手持式儀表的控制下，根據(jù)指令完成要求的動(dòng)作操作，并能獨(dú)立的完成尋跡和避障功能。從它轉(zhuǎn)彎、直走的軌跡上來說，已經(jīng)基本上是按軌跡很完美的前行，左右擺動(dòng)的幅度也不是很大，所以還是給人一種比較完美的感覺。在實(shí)際操作中，我發(fā)現(xiàn)左右兩個(gè)直流電機(jī)的性能差異比較大，比如在讓它走直線時(shí)（尋跡功能沒開啟），左右兩個(gè)輪子所需的占空比相差加大，并且在電源電壓有改變時(shí)，占空比又是不同的比例，所以讓小車單獨(dú)走直線比較困難，我將會(huì)繼續(xù)研究這是什么原因所造成的。雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)我花了很長的時(shí)間在摸索，但收獲很大。通過這次實(shí)踐我掌握了Protel99SE以及IAR Systems 系統(tǒng)的操作，同時(shí)也熟悉了MSP430單片機(jī)，對(duì)完成一項(xiàng)科研項(xiàng)目的開發(fā)過程有了全面系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。尤其重要的是通過它提高了解決問題以及與人交流的能力，通過相互之間的討論研究，加深了對(duì)問題的認(rèn)識(shí)。這樣的小車完全是由PCB板做成的，成本比較低，也很適合業(yè)余愛好者的操作，并且它是初學(xué)者動(dòng)手能力的很好的鍛煉，將來也有可能成為小朋友親睞的對(duì)象，只要讓小朋友隨便畫一個(gè)圖形，它都可以沿圖形運(yùn)行。同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)遙控，更加增添了研究它的樂趣。參考文獻(xiàn)【1】丹尼斯克拉克，邁克爾歐文斯，《機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制》第一版，科學(xué)出版社，2004年5月【2】沈建華，楊艷琴，崔驍曙，《MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用》第一版，清華大學(xué)出版社，2005年4月【3】胡大可，《MSP430系列單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)與開發(fā)》第一版，北京航空航天大學(xué)出版社，2003年1月【4】王麗娟，徐軍，戴寶華，榮政，《C程序設(shè)計(jì)》第一版，西安電子科技大學(xué)出版社，2003年6月【5】胡偉，季曉衡，《單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用實(shí)例》第一版，人民郵電出版社，2003年11月【6】邁克普瑞德科，《機(jī)器人控制器與程序設(shè)計(jì)》第一版，科學(xué)出版社，2004年5月【7】Fred G. Martin，《機(jī)器人探索－工程實(shí)踐指南》第一版，電子工業(yè)出版社，2004年8月，126頁、160頁【8】沈建華 楊艷琴 翟曉曙 . 《MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用》.：清華大學(xué)出版社，2004. 151170?！?】孫肖子 張企民 . 《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》.第一版. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001. 2226。【10】楊頌華 馮毛官 孫萬蓉等 . 《數(shù)字電子科技基礎(chǔ)》.：西安電子科技大學(xué)出版社，2000. 3541?！?1】呂輝 陳中注 李綱等.《現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)》.：西安電子科技大學(xué)出版社，2006?！?2】徐科軍 馬修水等.《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》.：電子工業(yè)出版社。附錄A：元器件清單元件類型大小封裝數(shù)目電容（C）106C12067電容（C）104120611電容（C）10312061電容（C）22pf12064電解電容（C）220/351電解電容（C）470/501電阻（R）12062電阻（R）1K12064電阻（R）680K12061電阻（R）4KSIP21電阻（R）330Ω12064發(fā)光二極管（LED）LED4MSP430F149（U）430QFP642LM111733（U）SOT2232LM11175（U）SOT2231晶振XTAL22晶振8MHZXTAL12電源插孔POWERSOCKET3瞬時(shí)接觸按鍵KEY12DIP撥動(dòng)開關(guān)SWITCH11電源開關(guān)SWITCH2肖特基二極管IN5825DIODE SCHOTTKY1電感15uHINDUCTANCE1LM2596T6LM2596T1散熱片RADIATOR1接插件 若干電池組若干附錄B:電路原理圖2729參考文獻(xiàn)31附錄