【正文】 有極限的。側(cè)翻現(xiàn)象可以通過降低汽車重心的辦法來避免。在地面附著力一定的情況下，減小汽車行駛速度或者增大汽車轉(zhuǎn)彎半徑都有利于防止汽車的側(cè)滑。由物理知識和Fl賽車的啟發(fā)，賽車在通過彎道時選擇外一內(nèi)一外的路徑是合理的，如圖42所示。圖42 賽車理想軌跡 Ideal track for car基于微處理器的智能車控制系統(tǒng)開發(fā)與研究因此采取中一內(nèi)一外的過彎路徑，如圖43所示。規(guī)則規(guī)定，賽道上中心線的最小半徑是50cm，采用中一內(nèi)一外的過彎路徑可以使賽車實際行駛的半徑在180176。這樣過彎路線有利于增大轉(zhuǎn)彎半徑，提高過彎速度，防止側(cè)滑。圖43 賽車最優(yōu)軌跡Fig43 Optimal track for car圖44直角車最優(yōu)軌跡 Optimal track for rightangle當(dāng)智能車通過小S彎時，采用直線通過的形式，這樣既避免了過彎時減速，又減少了行駛路徑的長度，如圖45所示： 控制方法的選擇及分析智能車在運行過程中，會變換的遇到直道、大S彎、小S彎、急彎、坡道等不同路況，車速需要根據(jù)時間路況進行調(diào)整才能達到快速穩(wěn)定的目的。PID控制策略其結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，可靠性高，并且易于實現(xiàn)，使其成為工程中應(yīng)用最多的控制方法。圖45 小S彎最優(yōu)軌跡 Optimal track for Sangle 舵機調(diào)節(jié)經(jīng)實際調(diào)試，舵機采用PD控制方可確保其閉環(huán)穩(wěn)定性。 (41)程序調(diào)試中，須反復(fù)調(diào)試試驗，逐漸逼近最佳狀態(tài)，確定合適的Kp、Kd參數(shù)，并在程序中區(qū)分不同的賽道狀況，動態(tài)切換不同的Kp、Kd參數(shù)組合，最終實現(xiàn)最佳狀態(tài)的循跡效果。增大比例系數(shù)將加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，在有靜態(tài)誤差的系統(tǒng)中有利于減小靜差，加大比例系數(shù)則能減小靜差，卻不能從根本上消除靜差。微分調(diào)節(jié)D作用：微分控制可改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，如減小超調(diào)量，縮短調(diào)節(jié)時間，允許加大比例控制，使穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高控制精度等。此外，微分作用也使得系統(tǒng)對擾動變得敏感。微分控制可以預(yù)測偏差，產(chǎn)生超前校正作用，因此可以較好的改善動態(tài)性能[10]。 .(42)式中 、 、別為比例系數(shù)、積分時間、微分時間。u接著被送到了執(zhí)行機構(gòu)，這樣就獲得了新的輸出信號u，這個新的輸出信號被再次送到感應(yīng)器以發(fā)現(xiàn)新的誤差信號，這個過程就這樣周而復(fù)始地進行。因此連續(xù)PID控制算法不能直接使用，需要進行離散化處理。由式（44）、（45）、（46）可得數(shù)字PID位置型控制算式為： (47) (48)所謂增量型控制是指數(shù)字控制器的輸出是控制器的增量。由式(47)可看出，位置型控制算式不夠方便，這是因為要累加偏差e(i)，不僅要占用較多的存儲單元，而且不便于編寫程序，為此可對式(47)進行改進，即得數(shù)字PID增量型控制算式為： (49) 增量型算法與位置型相比，有下列優(yōu)點：1）增量型算法不需要做累加，控制量增量的確定僅與最近幾次誤差采樣值有關(guān)，計算誤差或計算精度問題對控制量的計算影響較小，而位置型算法要用到過去所有誤差的累加值，這樣就容易產(chǎn)生較大的累加誤差。 3）采用增量型算法，易于實現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。三個參數(shù)選擇的好壞，直接影響到控制效果的好壞，合理的參數(shù)會使控制效果優(yōu)良，不合理的選擇會使系統(tǒng)的動靜態(tài)性能變差，有時甚至使系統(tǒng)閉環(huán)不穩(wěn)定。在實際生產(chǎn)過程中，由于受到參數(shù)整定方法繁雜的困擾，常規(guī)控制器參數(shù)往往整定不良、性能欠佳、對運行環(huán)境的適應(yīng)性較差。通過實際測試與整定，可得PID調(diào)節(jié)的控制參數(shù)基本參數(shù)，記作。如下圖所示： 圖47 賽道中兩種引導(dǎo)線 Two guide wire in the racetrack 電機控制策略 驅(qū)動電機采用直流伺服電機，大賽選用飛思卡爾統(tǒng)一型號的伺服電機，這是因為直流伺服電機具有優(yōu)良的速度控制性能，它輸出較大的轉(zhuǎn)矩，直接拖動負載運行，同時它又受控制信號的直接控制進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。2）調(diào)速范圍寬，高精度，機械特性及調(diào)節(jié)特性線性好，且運行速度平穩(wěn)。4）電機的負載特性硬，有較大的過載能力，確保運行速度不受負載沖擊的影響。 舵機控制策略舵機的連接方式為三線連接法既黑線為地線、紅線為電源線()、白線為信號線(PWM信號)。舵機插頭及舵機隨時間的線性變化曲線如圖47所示：脈寬/μs1250750250–42轉(zhuǎn)角/（o）+42脈寬轉(zhuǎn)角（+為順時鐘方向））舵機插頭GNDVCC信號線BLACKREDWHRIT圖48 舵機插頭及舵機隨時間的線性變化曲線 The variation curve of servo plug and servo along with time linear 舵機由伺服電機構(gòu)成，其轉(zhuǎn)動角度取決于控制端的輸入脈沖。到90176。%時舵機指向0176。%時舵機指向90176。~42176。舵機被放置在車體的最前方，控制前輪的轉(zhuǎn)向。為了縮短A/D的采樣時間，縮短采樣周期，增加采樣點數(shù)。時鐘的倍、分頻關(guān)系由SYNR、REFDV 兩寄存器決定。fBus_Clk = fPLL/2。 //鎖相環(huán)電路允許SYNR =0XC7。 CRGFLG=0X40。 //vcoclk頻率和目標頻率的誤差已在允許的范圍內(nèi) CLKSEL_PLLSEL =1。 PWM模塊初始化 PWM模塊有8路8位的獨立的PWM通道，每個通道都配有專門的計數(shù)器，可獨立的設(shè)置周期和占空比，也可以將兩個通道合起來作為一路輸出，形成16位通道。通過配置寄存器可設(shè)置PWM 的使能、每個通道脈沖極性、輸出脈沖的對齊方式、時鐘源以及通道位數(shù)（8位通道或者16位通道）。 //0:左對齊輸出；1：中心對齊輸出PWMPRCLK =0x11。 //通道7開始高電平PWMCTL =0xFC。//0：ClockA作為相應(yīng)通道時鐘源 1：ClockSAPWMSCLB =16。PWMPER01 =20000。PWMPER23 =20000。PWMPER45 =3200。PWME =0xa8。ATD模塊共有20個外部引腳，其中有4個電源相關(guān)引腳和16路模擬量輸入引腳。VDDA和VSSA兩個引腳為ATD模塊提供工作電源和電源地。另外，還能夠配置A/D外部觸發(fā)功能。ATD0DIEN=0x00。 ATD0CTL1=0x20。 ATD0CTL3=0xA0。 ATD0CTL5=0x30。測速模塊所用的PT0口采用輸入捕捉的方式。 PERT = 0XFF。 TCTL3 = 0X00。 TSCR2 = 0X07。 TIE_C1I = 1。 TSCR1_TFFCA = 1。 本章小結(jié)本章對控制決策進行了分析，選擇了最優(yōu)控制路徑，在傳統(tǒng)PID控制的基礎(chǔ)上，分析并應(yīng)用了PID控制和PD控制，以達到更好的控制效果。最后對系統(tǒng)的初始化進行了簡單的介紹。整個過程使用的工具和元器件都非常簡化，所以在制作的過程中容易實現(xiàn)。所以本設(shè)計對汽車的設(shè)計，實現(xiàn)其職能汽車的自動道路識別也是對智能汽車這個大的方向研究的一個方面，即具有很強的理論性，也包含現(xiàn)況的要求。6 結(jié)論 系統(tǒng)調(diào)試方面結(jié)論在整個的開發(fā)過程中，系統(tǒng)的調(diào)試時間占了很大的一個比重，特別是在開發(fā)的后期階段，系統(tǒng)的調(diào)試對系統(tǒng)的性能起決定性的作用。在系統(tǒng)的開發(fā)過程中，不同階段都會有不同情況的調(diào)試，系統(tǒng)的調(diào)試主要包括系統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)試和系統(tǒng)動態(tài)調(diào)試。靜態(tài)調(diào)試也包括在整個系統(tǒng)設(shè)計完成之后，來調(diào)試舵機的轉(zhuǎn)向，來檢驗其性能是否達到設(shè)計的預(yù)期目標，也可以對驅(qū)動電機進行調(diào)試，測試不同電池電壓情況下及不同PWM脈寬輸出時的電機速度特性，以及整個系統(tǒng)的聯(lián)級。實時記錄各個電磁傳感器信號、車速信號、電池電壓信號、舵機轉(zhuǎn)向信號，以分析各種控制策略的好壞及控制參數(shù)的優(yōu)劣。 總結(jié)經(jīng)過四個月時間的準備，我完成了計劃中所需完成的內(nèi)容。1）系統(tǒng)設(shè)計① 系統(tǒng)總體概述及主要部件的標定從總體上對整個系統(tǒng)進行了相關(guān)的論述，主要說明系統(tǒng)的主要構(gòu)成模塊。② 系統(tǒng)硬件設(shè)計在硬件設(shè)計過程中，按照先總體后局部的原則，即先按照要求從理論上進行分析、構(gòu)建系統(tǒng)的總體框架，然后將系統(tǒng)局部化、具體化，分成幾個大的模塊進行設(shè)計。每個模塊的設(shè)計都是經(jīng)過查閱資料、科學(xué)論證、方案驗證、電路設(shè) 塊的性能得以優(yōu)化和完善。軟件設(shè)計使用的是Metrowerks公司專門為freescale公司開發(fā)的CodeWarrior集成開發(fā)環(huán)境。2）開發(fā)所遇到問題及分析解決在整個車模開發(fā)過程中，并不是一帆風(fēng)順的，期間遇到了各種軟硬件問題。① 舵機響應(yīng)延時問題。由于賽車高速運行，控制算法頻率為50Hz，因此每20ms，就需向舵機發(fā)送一次控制命令。針對這一問題，采用如下措施：首先，加大舵機工作電壓，增加舵機抗負載能力。在實際賽道測試中，發(fā)現(xiàn)通過調(diào)整算法參數(shù)，可以很好地彌補響應(yīng)延時。除了調(diào)整賽車機械結(jié)構(gòu)，只能通過彎道減速的辦法，實現(xiàn)平穩(wěn)順滑過彎。③ 賽車實際速度獲取速度檢測是為了反饋小車當(dāng)前速度，了解當(dāng)前狀態(tài)并決定控制策略的一個環(huán)節(jié)。穩(wěn)定可靠的獲取當(dāng)前速度，對于賽車調(diào)試來說，具有相當(dāng)重要的意義。因為實驗和摸索是提高成績的根本，只有經(jīng)過反復(fù)實驗才能得到可靠的算法。電機調(diào)速的精確控制，隨著比賽競爭的激烈，對車速的要求越來越高，因此，只有將車速控制更接近理論極限速度，從而要求對電機的控制更為精確。2）硬件傳感器方面。3）軟件控制算法方面。其次，還可以考慮仿真平臺的搭建，這對算法調(diào)試來說是很有意義的，但是性能仿真這一塊，由于缺乏精確的數(shù)學(xué)模型，只能對模型車系統(tǒng)性能進行初步的仿真.，仿真結(jié)果只能作為設(shè)計參考。張老師嚴謹求實，敢于探索的治學(xué)態(tài)度，認真細致的工作作風(fēng)，不但使本人的專業(yè)知識水平有很大的提高，而且為人方面也收益菲淺，這里特別向張老師致以誠摯的謝意。最后，還要感謝我的家人，感謝他們的默默付出和對我的支持。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術(shù)得到了巨大提高。而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。當(dāng)代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機上。 單片機比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作。 單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。同時，學(xué)習(xí)使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！......它主要是作為控制部分的核心部件。 單片機是靠程序運行的，并且可以修改。一個不是很復(fù)雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結(jié)果就會有天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經(jīng)達到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。 單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。 可以說，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡單且極易被仿制。 單片機誕生于20世紀70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計算機完全不同的發(fā)展道路。 （Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。 Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢，將MCS51從單片微型計算機迅速發(fā)展到微控制器。 單片機是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了SOC化趨勢。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。因此，單片機的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師