【正文】 安徽理工大學畢業(yè)設計 30 參考文獻 [1]吳曄，張陽，藤勤 ． 基于 HCS12的嵌入式系統(tǒng)設計 ． 電子工業(yè)出版社 .2020． [2]卓晴，黃開勝，邵貝貝等 ． 學做智能車 —挑戰(zhàn) “飛思卡爾 ”杯 ． 北京航空航天出版社，． [3]王曉明，電動機的單片機控制 [M]．北京航空航天大學出版社． 2020． [4]紹貝貝，單片機嵌入式應用的在線開發(fā)方法 [M]．清華大學出版社， 2020． [5]陳杰，黃鴻．傳感器 與檢測技術 [M]．高等教育出版社， 2020． [6]周斌，李立國，黃開勝．智能車光電傳感器布局對路徑識別的影響研究 [J]．電子產(chǎn)品世界， ： 139～ 140． [7]張文春，汽車理論 [M]．北京．機械工業(yè)出版社． 2020 [8]張幽彤，陳寶江，汽車電子技術原理及應用 [M． 北京理工大學出版社 ． 2020． [9]童詩白，華成英．模擬電子技術基礎 [M]．高等教育出版社． 2020． [10]安鵬，馬偉． S12 單片機模塊應用及程序調試 [J]．電子產(chǎn)品世界． 2020．第 211期． 162163 [11]Motorola,“MC9S12DT128B Device User Guide ”,． [12]Freescale Semiconductor, Inc. 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? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 其中： )(nu —— 為第 n 次輸出控制量； )1( ?nu —— 為第 n1 次輸出控制量； )(ne —— 為第 n 次偏差 ； )1( ?ne —— 為第 n1 次偏差； )2( ?ne —— 為第 n2 次偏差； Kp —— 為比例增益系數(shù)； Ki —— 為積分增益系數(shù)； Kd —— 為微分增益系數(shù)； 電機 PID 控制子程序流程如圖 42 所示。增量型算法與位置型算法相比，具有以下優(yōu)點：增量型算法不需要做累加，增量的確定僅與最近幾次偏差采樣值有關，計算精度對控制量的計算影響較小，而位置型算法要用到過去偏差的累加值，容易產(chǎn)生大的累加誤差；增量型算法得出的是控制量的增量，而位置型算法的輸出是控制量的全量輸出，誤動作影 響大；采用增量型算法，易于實現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。 增量型 PID 控制算法 增量型 PID簡介 在計算機控制系統(tǒng)中，數(shù)字 PID 控制算法通常又分為位置式 PID 和增量式 PID?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的 試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID 控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例 +微分 (PD)控制器能改善系統(tǒng)在調節(jié)過程中的動態(tài)特性。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化 “ 超前 ” ，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。因此，比例 +積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（ System With Steadystate Error）。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steadystate Error）。 圖 41 PID 控制系統(tǒng)原理圖 安徽理工大學畢業(yè)設計 21 比例（ P）控制： 比例控制是一種最簡單的控制方式。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象， 或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用 PID 控制技術。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。據(jù)我們閱讀歷屆技術報告， 在智能小車中最常見的是增量式 PID 控制和模糊 PID 控制。有利用 PID 控制實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現(xiàn) PID 控制功能的可編程控制器 (PLC)，還有可實現(xiàn) PID 控制的 PC系統(tǒng)等等。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。同時，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。按鍵開關的四個引腳分別接到單片機的 PT 口，如圖 319 所示。 LM358 捕獲步態(tài)的加速度信號 ,微控制器的內置模數(shù)轉換器對其進行采樣并輸入單片機模擬量口 AN1。加速力可以是個常量，比如 g，也可以是變量。 加速度電路設計 加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設備。上圖中 Rx 的值取為 ，這樣，通過分壓和一個電壓跟隨器， AN01得到的電壓為 ，在 0~ 之間，輸入到單片機的模擬量口 AN01。電路原理圖如圖 316所示。圖 315 中的 53 中 4 腳接編碼器黑色線，由 +5V 電源接 500Ω電阻到地； 3腳接編碼器棕色線，為直接接地； 2 腳接編碼器紅色線，接 5V 電源； 1 腳接編碼器橙色線，接入信號電路。 電壓，采用芯片 LM358，由 5V電源變換為 電源為加速度傳感器提供工作電壓。 6V 電壓，采用芯片 LM2941 主要是為舵機提供工作電壓。 由于電路中的不同電路模塊所需要的工作電壓和電流容量各不相同，因此電源模塊應該包括多個穩(wěn)壓電路，將充電電池電壓轉換成各個模塊所需要的電壓。設計中，除了需安徽理工大學畢業(yè)設計 16 要考慮電壓范圍和電流容量等基本參數(shù)之外，還要在電源轉換效率、降低噪聲、防止干擾和電路簡單等方面進行優(yōu)化。 輸入 5V 電源， 經(jīng)過濾波電路和 LM317 后轉換為 的單片機 A/D 口參考電壓。最大正向電流： 10mA； 低溫系數(shù)： 6mV/9mV/18/mV； A/D參考電壓電路設計 LM317 集成電路是精密的 并聯(lián)穩(wěn)壓器，器件工作相當于一個低溫度系數(shù)的、動態(tài)電阻為 齊納二極管，其中的微調段、端可以使基準電壓和溫度系數(shù)得到微調。另一方面，通過 BDM 調試器將系統(tǒng)軟件中的各個參數(shù)傳送到上位機 CodeWarrior IDE 調試界面，方便系統(tǒng)調試和觀察系統(tǒng)軟件各個參數(shù)的變化。 E X T A LM C UX T A L無 連 接C M O S兼 容 的外 部 時 鐘E X T A LM C UX T A LRSRBC1C2V S S P L LE X T A LM C UX T A LC 2CC DC 1V S S P L L圖 35 Colpitts 晶振連接 圖 36 Pierce 晶振連接 圖 37 外部時鐘接 ( PE7=0 ) ( PE7=1 ) ( PE7=0 ) 本文選擇圖 36 的晶振連接方式，得到如下圖所示的芯片晶振連接圖。 XTAL 引腳為晶體驅動輸出，當 EXTAL 引腳外接時鐘時，該引腳懸空。 安徽理工大學畢業(yè)設計 14 R 1351R 124. 7KC 240. 1UKR E S E TG N D5VR E S TC247U FC10. 1UX S 128M C UV C CG N D 圖 33 芯片硬件復位電路 圖 34 電源濾波電路 CPU時鐘電路設計 XTAL 和 EXTAL 分別是晶體驅動輸出和外部時鐘輸入引腳。若按下復位按鈕 RST，則 RESET腳通過 100Ω 接地，為低電平，芯片復位。 安徽理工大學畢業(yè)設計 13 圖 32 MC9SXS128 QFP80 封裝引腳圖 CPU復位電路設計 如圖 33 所示為芯片硬件復位電路。 PPL 電路允許根據(jù)系統(tǒng)需要調整電源功耗及性能。另外還具有 2 個 （ MSCAN12）和一個 IC 總線。同時還包括 2 個異步串行通信接口（ SCI）、2 個串行外設接口（ SPI）和一個 8 通道輸入捕捉 /輸出比較（ IC/OC）增強型捕捉定時器（ ECT）、 2 個 8 通道 10 位 A/D 轉 換器（ ADC）和一個 8 通道 PWM。該器件包括大量的片上存儲器和外部 I/O。 智能小車競賽是基于同一開發(fā)平臺上設計的小車競速比賽，因而智能小車的速度和穩(wěn)定性是決定比賽成績的關鍵。 由于速度是比賽的關鍵，那么在 智能小車 的設計中設計一個好的電機驅動電路至關重要。 轉向控制系統(tǒng)中最重要的部分是