【正文】 中 ， 控 制 器 的 輸 出 與 輸 入 誤 差 信 號(hào) 的 微 分 （ 即 誤 差 的 變化 率 ） 成 正 比 關(guān) 系 。 這 樣 ， 即便 誤 差 很 小 ， 積 分 項(xiàng) 也 會(huì) 隨 著 時(shí) 間 的 增 加 而 加 大 ， 它 推 動(dòng) 控 制 器 的 輸 出增 大 使 穩(wěn) 態(tài) 誤 差 進(jìn) 一 步 減 小 ， 直 到 等 于 零 。 為 了 消 除 穩(wěn) 態(tài) 誤 差 ， 在 控 制 器 中 必 須 引 入 “積 分 項(xiàng) ”。 　 （ 2） 積 分 控 制 　 　 在 積 分 控 制 中 ， 控 制 器 的 輸 出 與 輸 入 誤 差 信 號(hào) 的 積 分 成 正 比 關(guān) 系 。 其 控 制 器 的 輸 出 與 輸 入 誤 差 信號(hào) 成 比 例 關(guān) 系 。 另 例 ， 當(dāng) 一 臺(tái) 真正 的 全 自 動(dòng) 洗 衣 機(jī) 具 有 能 連 續(xù) 檢 查 衣 物 是 否 洗 凈 ， 并 在 洗 凈 之 后 能 自 動(dòng) 切斷 電 源 ， 它 就 是 一 個(gè) 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 。 比 如 人 就 是 一 個(gè) 具 有 負(fù) 反 饋 的 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) ， 眼 睛 便 是 傳 感 器 ， 充當(dāng) 反 饋 ， 人 體 系 統(tǒng) 能 通 過(guò) 不 斷 的 修 正 最 后 作 出 各 種 正 確 的 動(dòng) 作 。 閉 環(huán)控 制 系 統(tǒng) 有 正 反 饋 和 負(fù) 反 饋 ， 若 反 饋 信 號(hào) 與 系 統(tǒng) 給 定 值 信 號(hào) 相 反 ， 則 稱(chēng)為 負(fù) 反 饋 （ Negative Feedback） ， 若 極 性 相 同 ， 則 稱(chēng) 為 正 反 饋 ， 一 般閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 均 采 用 負(fù) 反 饋 ， 又 稱(chēng) 負(fù) 反 饋 控 制 系 統(tǒng) 。 PID 控制調(diào)整速度本系統(tǒng)采用的是增量式數(shù)字 PID 控制，它是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。反模糊化采用重心法（COG 法） 。MC9S12DG128B 單片機(jī)中規(guī)定各個(gè)前件之間只進(jìn)行模糊與運(yùn)算，而如果幾個(gè)規(guī)則的邏輯后件影響到同一個(gè)模糊輸出，它們之間隱含模糊或運(yùn)算。見(jiàn)表 31。具體可如下實(shí)現(xiàn)：首先可以結(jié)合自身現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)制定出初步規(guī)則表，然后結(jié)合串口調(diào)試工具實(shí)時(shí)返回?cái)?shù)據(jù)，對(duì)規(guī)則進(jìn)行微調(diào)。設(shè)計(jì)輸入的隸屬函數(shù)如圖 32 所示：(a) 圖 32 隸屬函數(shù)(3)模糊規(guī)則庫(kù)的建立確定控制規(guī)則是模糊控制器設(shè)計(jì)的核心工作。(2) 隸屬函數(shù)的確定MC9S12DG128B 的隸屬函數(shù)的數(shù)值描述有固定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即起點(diǎn)的河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)２２坐標(biāo)值、終點(diǎn)的坐標(biāo)值、前沿斜率、后沿斜率；且輸出的隸屬函數(shù)須采用單值函數(shù)。 模糊控制設(shè)定速度因?yàn)閺澋赖姆植记闆r也不能確定，小車(chē)可能頻繁的進(jìn)出彎道，不停的調(diào)整速度來(lái)適應(yīng)不同軌跡。輸入黑線位置和黑線位置的變化率，通過(guò)模糊推理輸出一個(gè)當(dāng)前所需的速度量。編碼器輸出的脈沖輸入到 PACN10，通過(guò)定時(shí)器申請(qǐng)中斷，間隔一定時(shí)間讀取 PACN10 的值，由于是一定時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)，所以可以看成是電機(jī)速度。 error1[0]=abs(distance)。j0。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)２１ dif1=abs(distance)error1[error1num1]。 PWMDTY23=ini_Angle+pwmdty1。 //} if(pwmdty160) pwmdty1=60。 //else { if(distance0) pwmdty1=fuzzy1()。 程序段如下：void angle_sample(void) { int pwmdty1=0。除此之外，小車(chē)還會(huì)遇到黑色交叉線的特殊情況，對(duì)此，本系統(tǒng)將保持原有的小車(chē)方向與速度，使小車(chē)不受交叉線的干河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)２０擾。調(diào)整舵機(jī)的原則是：小車(chē)處于直道，則擺正舵機(jī)，使小車(chē)沿直線行駛。所以，根據(jù)上排光電管檢測(cè)到的不同信號(hào)，可以判斷出小車(chē)所處的位置。使用分段比例控制既方便又可以解決以上兩種問(wèn)題。我們采用的是 PD 控制，因?yàn)檫@樣可以讓舵機(jī)的控制速度更快，輸入黑線位置和黑線位置的變化率，通過(guò)分段比例控制輸出相應(yīng)的 PWM 值。 if(sum=220)iscrossing++。amp。i++) sum+=percent[i]。 } for(i=11。 TFLG1_C1F=1。percent[14]50) { if(flag==0){ TIE_C1I=1。 if(percent[10]50 amp。就可以根據(jù)這三個(gè)值可以算出黑線的準(zhǔn)確位置，具體公式如式（31）所示：position=percent[j]*weight[j]+percent[j+1]*weight[j+1]+percent[j1]*weight[j1] （31）percent[j]為所占黑線的百分比，weight[j]為當(dāng)前光電管所在位置。小車(chē)行使過(guò)程中，將每個(gè)傳感器輸出的信號(hào)減去最小值，再除以該傳感器的輸出范圍即可得到其相對(duì)輸出值， 然后找到其中最大的那個(gè)值。首先繪制出系統(tǒng)軟件流程圖，如圖 31 所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)初始化定時(shí)器中斷使能 開(kāi)始開(kāi)始啟動(dòng)定時(shí)器實(shí)時(shí)路徑檢測(cè)輸出伺服電機(jī) PWM控制信號(hào)定時(shí)中斷速度采樣計(jì)算偏差和變化率輸入量模糊化 模糊推理 反模糊化 PID 控制PWM 控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)定速度 NY河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)１８圖 31 軟件流程圖 路徑的檢測(cè)我們采用模擬量對(duì)黑線的位置定位。從彎道進(jìn)入直道時(shí)，小車(chē)的舵機(jī)要轉(zhuǎn)向至中間，速度應(yīng)該立即得到提升。為保證小車(chē)一直沿著黑色引河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)１７導(dǎo)線快速行駛，系統(tǒng)主要的控制對(duì)象是小車(chē)的轉(zhuǎn)向和車(chē)速?？刂葡到y(tǒng)中對(duì)被控對(duì)象的檢測(cè)是一個(gè)非常重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)控制軟件采用 CodeWarrior 軟件及 BDM 作為調(diào)試工具，此外，編程環(huán)境支持 C 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，以及 C 語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言的混合編程，大大方便了程序設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率。模糊控制算法把由各種傳感器測(cè)出的精確量轉(zhuǎn)換成為適于模糊運(yùn)算的模糊量，然后將這些量在模糊控制器中加以運(yùn)算，最后再將運(yùn)算結(jié)果中的模糊量轉(zhuǎn)換為精確量，以便對(duì)各執(zhí)行器進(jìn)行具體的操作控制。（3）舵機(jī)控制模塊，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊：通過(guò)直接輸出PWM信號(hào)控制。（1）單片機(jī)的初始化模塊包括：I/O模塊、PWM模塊、AD模塊、計(jì)時(shí)器模塊、定時(shí)中斷模塊初始化。DD2 為芯片的使能端。MT_VCC 為 5 伏，IN1 和 IN2 分別為MC33886 的 PWM 信號(hào)輸入端口。為了提高 PID 控制的精度，將 PWM0 和 PWM1 兩個(gè) 8 位寄存器合并成 PWM01。MC33886內(nèi)部具有過(guò)流保護(hù)電路，接口簡(jiǎn)單易用，能夠提供比較大的驅(qū)動(dòng)電流，考慮到實(shí)際驅(qū)動(dòng)電流可能很大，故采用 2 片 MC33886 并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)電機(jī)。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)１４圖 211 轉(zhuǎn)角與脈寬關(guān)系圖 212 轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)控制電路 直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元系統(tǒng)直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元采用 RS380ST 型直流電機(jī)，由于路況十分復(fù)雜，彎道多，直道少，所以采用 MC33886 電機(jī)驅(qū)動(dòng) H 橋芯片作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)元件。舵機(jī)的控制信號(hào)線與 MC9S12DG128 的 PWM3 口相連，為提高舵機(jī)的精度，加大 PWM 信號(hào)控制范圍，將 2 個(gè) 8 位 PWM 信號(hào)寄存器合并作為一個(gè) 16 位的寄存器進(jìn)行輸出。其硬件電路如圖 212 所示。多少的脈寬對(duì)應(yīng)多少的轉(zhuǎn)角一目了然。在程序中預(yù)先創(chuàng)建控制表，路徑識(shí)別單元檢測(cè)當(dāng)前的路況，單片機(jī)通過(guò)查表可知當(dāng)前的路況，然后給出相應(yīng)的 PWM 信號(hào)控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)向。根據(jù)檢測(cè)的不同路徑，判斷出小車(chē)所在位置，按不同的區(qū)間給出不同的舵機(jī) PWM 控制信號(hào)，小車(chē)轉(zhuǎn)過(guò)相應(yīng)的角度。舵機(jī)控制采用電壓反饋閉環(huán)控制時(shí)，由于采用電位器檢測(cè)反饋電壓作為反饋回路，其檢測(cè)精度不高，達(dá)不到較好的控制效果，故舵機(jī)采用 PWM 信號(hào)開(kāi)環(huán)控制。此時(shí)只需要測(cè)量一定時(shí)間(10ms)旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖數(shù)就能準(zhǔn)確計(jì)算出車(chē)速。在旋轉(zhuǎn)編碼器的中軸上安裝一個(gè)直徑為 4cm，齒數(shù) 76，傳動(dòng)比 1：1 的齒輪，并將該齒輪與同軸于后輪的傳動(dòng)齒輪咬合。因?yàn)?E6A2CW3C 型旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出方式為電平輸出，所以本系統(tǒng)將旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出接一個(gè) 2K 上拉電阻再與 MC9S12DG128 的 I/O 口 PT0 相連。其硬件電路如圖 210 所示。本系統(tǒng)車(chē)速檢測(cè)單元采用日本 OMRON 公司的 E6A2CW3C 型旋轉(zhuǎn)編碼器作為車(chē)速檢測(cè)元件。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個(gè)到幾千個(gè)都有），和供電電壓等。圖 28 路面信息檢測(cè)原理圖圖 29 傳感器示意圖 車(chē)速檢測(cè)模塊旋轉(zhuǎn)編碼器是用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速的裝置。射向地面。理論上，小車(chē)能感知的距離越遠(yuǎn)，那么就有更多的時(shí)間來(lái)處理前方的情況，也會(huì)跑的更好。如圖 28 所示。因?yàn)榇穗娐烦叽缧　①|(zhì)量輕、靈敏度高，外圍電路簡(jiǎn)單。路面信息檢測(cè)原理圖如圖 27 所示。而從外部觀測(cè)可以近似認(rèn)為接收管兩端輸出電壓不同，經(jīng)分壓后的電壓也就不同，從而可以將黑白路面區(qū)分開(kāi)來(lái)。 路徑識(shí)別單元探測(cè)路面黑線的基本原理：由發(fā)射管發(fā)射一定波長(zhǎng)的紅外線，經(jīng)地面反射到接收管。 （3）直接供給直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電路如圖 26 所示。根據(jù)系統(tǒng)各部分正常工作的需要，本系統(tǒng)電壓值分為 5 伏、 伏和 伏三個(gè)檔。由于智能車(chē)電路系統(tǒng)中不同模塊所需的工作電壓和電流容量各不相同，因此電源轉(zhuǎn)換電路應(yīng)包括多個(gè)穩(wěn)壓電路?？紤]到模擬道路的路況十分復(fù)雜，彎道多，直道少，鎳鎘、鎳氫等電池?zé)o法為智能車(chē)控制系統(tǒng)提供持續(xù)，穩(wěn)定的電壓。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)９ 電源管理單元電源是智能車(chē)控制系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源，為智能車(chē)上的硬件，如為處理器，傳感器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供穩(wěn)定可靠的電壓。復(fù)位電路如圖 25 所示。晶振電路如圖 24 所示。芯片引腳圖如圖 23 所示。 其系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖 22 所示。 （4）舵機(jī)控制單元采用PWM查表法來(lái)對(duì)舵機(jī)進(jìn)行控制，同時(shí)通過(guò)加長(zhǎng)舵機(jī)的力臂來(lái)提高舵機(jī)的響應(yīng)速度。 （3）車(chē)速檢測(cè)單元主要作為小車(chē)速度閉環(huán)控制的反饋環(huán)節(jié)，該模塊主要采用旋轉(zhuǎn)編碼器作