Cyberdragon隊智能車技術(shù)報告

　　電磁設(shè)計

　　電磁導(dǎo)引智能車，主要包括電磁導(dǎo)引信號獲取、起止線檢測、控制算法三方面，此外，為使智能車擁有更好的性能還對車模進(jìn)行了一些調(diào)整。

　　電磁導(dǎo)引信號獲取

　　本設(shè)計中電磁信號獲取包括了兩部分：

　　1. 探頭部分，本設(shè)計中使用工字型電感作為探頭，利用它開放的磁芯作為感知交變磁場的媒介，為加強(qiáng)其抗噪性能，選取合適的電感與其串聯(lián)組成諧振頻率與信號頻率一致的LC振蕩回路。

　　2. 信號放大部分，本設(shè)計中使用兩級級聯(lián)的運放電路作為信號放大部分，兩級放大電路均為帶通放大，參數(shù)一致，都具有10倍的增益、20kHz的中心頻率、4kHz的帶寬以及2.5V的偏置電壓。

　　起止線檢測

　　考慮到起止線上會埋設(shè)表面磁場達(dá)上千高斯的磁鋼，本設(shè)計中的起止線檢測采用霍爾元件，為適應(yīng)不同磁極，選型時選擇的是全極型霍爾元件。 此外，為了方便控制算法的實現(xiàn)，與節(jié)省單片機(jī)資源，設(shè)計中使用開關(guān)霍爾，利用外部中斷方式檢測起止線。

　　控制算法

　　舵機(jī)控制采用P控制，為了加強(qiáng)信號可靠性，減小電機(jī)運作時反電動勢及噪聲的影響，對采樣信號進(jìn)行了軟件濾波處理，通過去除最大最小值消除信號毛刺，通過取平均值的方法消減小波的影響。 本設(shè)計中使用PID算法作為速度控制算法，通過光電編碼器實現(xiàn)速度反饋。

　　在通過實驗確定各項系數(shù)后，又在普通PID算法的基礎(chǔ)上做出了改良，引入了開環(huán)初始值：在實際速度與期望速度相差很大時不使用PID算法，而是直接通過事先標(biāo)定的開環(huán)值對速度進(jìn)行調(diào)整，然后再采用PID算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，最后達(dá)預(yù)期速度。

　　車模調(diào)整

　　為了加快車模轉(zhuǎn)向響應(yīng)，設(shè)計中對車模上舵機(jī)的傳動連桿進(jìn)行了加長，使響應(yīng)速度提高了30%。由于連桿的加長，舵機(jī)安裝方式也做出了相應(yīng)改變，由臥式改為立式。 除此之外，還對車模進(jìn)行了一些小的調(diào)校，包括主銷內(nèi)傾角、主銷后傾、后輪差速機(jī)構(gòu)等。

　　硬件系統(tǒng)方案設(shè)計

　　此智能車通過電磁傳感器采集鋪設(shè)在賽道上的導(dǎo)線中攜帶的20kHz交變電流的磁場，并以此為依據(jù)進(jìn)行車體控制，利用適當(dāng)?shù)目刂扑惴ㄗ屩悄苘囘_(dá)到沿導(dǎo)線前進(jìn)的目的?？刂扑惴ㄖ饕▋煞矫妫河糜隍?qū)動智能車前進(jìn)的電機(jī)控制和用于控制智能車轉(zhuǎn)向的舵機(jī)控制。賽車結(jié)構(gòu)示意簡圖如圖1。

　　軟件系統(tǒng)方案設(shè)計

　　有了硬件架構(gòu)之后，必須要有一套合適的算法才能發(fā)揮出硬件的潛力。在一個控制周期中大致需要完成以下幾個步驟：首先是信號采樣，然后是一些有軟件實現(xiàn)的信號處理，諸如濾波等。之后根據(jù)信號來對車輛進(jìn)行控制，控制包括轉(zhuǎn)向舵機(jī)和驅(qū)動電機(jī)兩部分。舵機(jī)控制是根據(jù)信號直接確定的，對電機(jī)的控制則是只給出一個期望速度，由當(dāng)前速度到期望速度的變化過程由更為底層的控制程序來完成。程序流程簡圖如圖2 。

　　軟件算法的編寫必須根據(jù)硬件條件，再好的算法如果跟硬件不兼容的話也是徒勞的，調(diào)試的過程就是讓其不斷適應(yīng)現(xiàn)有硬件的過程，智能車競賽追求的不是最完美的程序而是最適合當(dāng)前硬件的程序。