智能小車的設計技術報告說明

　　根據競賽規(guī)則相關規(guī)定，智能車系統(tǒng)采用大賽組委會統(tǒng)一提供的 E 型車模，以恩智浦半導體公司生產的 32 位微控制器 MK60DN512ZVLL10 作為核心控制器，在 IAR 開發(fā)環(huán)境中進行軟件開發(fā)。本智能車系統(tǒng)包括以下幾個模塊：電源管理模塊、液晶顯示模塊、信號處理模塊、起跑線檢測模塊、驅動模塊、按鍵輸入模塊、藍牙模塊、MCU 模塊、超聲波模塊、編碼器測速模塊等。本次競賽要求小車直立尋線走，使直立、速度、方向控制由同一個電機完成，要進行不同的控制，達到盡量解耦控制的效果。

　　1、首先通過AD采集陀螺儀角度和角速度使用PD算法完成小車直立環(huán)控制；

　　2、由于小車機械原因引起小車兩個輪子轉動存在偏差，所以我們用了左右兩個編碼器對左右輪進行測速，將得到的值與我們給定的速度進行比較，用過PID的簡單閉環(huán)控制達到近似勻速的效果；

　　3、在方向方面我們通過兩個電感進行一字型擺放，通過放大電路放大兩電感的值，通過AD采集，由于電感內的感應電壓與電流之間的距離的平方成正比，所以我們將AD采集的值進行開平方根后在使用差比和的方式獲得兩個電感之間的關系，然后通過簡單的模糊PID控制，實現尋線的效果。

　　電磁組比賽要求車模在直立的狀態(tài)下以兩個輪子著地沿著賽道進行比賽，相比四輪著地狀態(tài)，車?？刂迫蝿崭鼮閺碗s。為了能夠方便找到解決問題的辦法，首先將復雜的問題分解成簡單的問題進行討論。

　　根據比賽規(guī)則要求，維持車模直立也許可以設計出很多的方案，本參考方案假設維持車模直立、運行的動力都來自于車模的兩個后車輪。后輪轉動由兩個直流電機驅動。因此從控制角度來看，車模作為一個控制對象，它的控制輸入量是兩個電機的轉動速度。車模運動控制任務可以分解成以下三個基本控制任務：

　?。?）控制車模平衡：通過控制兩個電機正反向運動保持車模直立平衡狀態(tài)。

　?。?）控制車模的速度：通過調節(jié)車模的傾角來實現車模速度控制，實際上最后還是演變成通過控制電機的轉速來實現車輪速度的控制。

　?。?） 控制車模方向：通過控制兩個電機之間的轉動差速實現車模轉向控制。

　　車模直立和方向控制任務都是直接通過控制車模兩個后輪驅動電機完成的。假設車模電機可以虛擬地拆解成兩個不同功能的驅動電機，它們同軸相連，分別控制車模的直立平衡、左右方向。在實際控制中，是將控制車模直立和方向的控制信號疊加在一起加載電機上，只要電機處于線性狀態(tài)就可以同時完成上面兩個任務。

　　車模的速度是通過調節(jié)車模傾角來完成的。車模不同的傾角會引起車模的加減速，從而達到對于速度的控制。

　　三個分解后的任務各自獨立進行控制。由于最終都是對同一個控制對象（車模的電機）進行控制，所以它們之間存在著耦合。為了方便分析，在分析其中之一時假設其它控制對象都已經達到穩(wěn)定。比如在速度控制時，需要車模已經能夠保持直立控制；在方向控制的時候，需要車模能夠保持平衡和速度恒定；同樣，在車模平衡控制時，也需要速度和方向控制也已經達到平穩(wěn)。這三個任務中保持車模平衡是關鍵。由于車模同時受到三種控制的影響，從車模平衡控制的角度來看，其它兩個控制就成為它的干擾。因此對車模速度、方向的控制應該盡量保持平滑，以減少對于平衡控制的干擾。以速度調節(jié)為例，需要通過改變車模平衡控制中車模傾角設定值，從而改變車模實際傾斜角度。為了避免影響車模平衡控制，這個車模傾角的改變需要非常緩慢的進行。這一點將會在后面速度控制中進行詳細討論。