Cyberdragon隊(duì)智能車(chē)技術(shù)報(bào)告

　　電磁設(shè)計(jì)

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

　　電磁導(dǎo)引信號(hào)獲取

　　本設(shè)計(jì)中電磁信號(hào)獲取包括了兩部分：

　　1. 探頭部分，本設(shè)計(jì)中使用工字型電感作為探頭，利用它開(kāi)放的磁芯作為感知交變磁場(chǎng)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(hào)頻率一致的LC振蕩回路。

　　2. 信號(hào)放大部分，本設(shè)計(jì)中使用兩級(jí)級(jí)聯(lián)的運(yùn)放電路作為信號(hào)放大部分，兩級(jí)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(xiàn)檢測(cè)

　　考慮到起止線(xiàn)上會(huì)埋設(shè)表面磁場(chǎng)達(dá)上千高斯的磁鋼，本設(shè)計(jì)中的起止線(xiàn)檢測(cè)采用霍爾元件，為適應(yīng)不同磁極，選型時(shí)選擇的是全極型霍爾元件。 此外，為了方便控制算法的實(shí)現(xiàn)，與節(jié)省單片機(jī)資源，設(shè)計(jì)中使用開(kāi)關(guān)霍爾，利用外部中斷方式檢測(cè)起止線(xiàn)。

　　控制算法

　　舵機(jī)控制采用P控制，為了加強(qiáng)信號(hào)可靠性，減小電機(jī)運(yùn)作時(shí)反電動(dòng)勢(shì)及噪聲的影響，對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行了軟件濾波處理，通過(guò)去除最大最小值消除信號(hào)毛刺，通過(guò)取平均值的方法消減小波的影響。 本設(shè)計(jì)中使用PID算法作為速度控制算法，通過(guò)光電編碼器實(shí)現(xiàn)速度反饋。

　　在通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定各項(xiàng)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(kāi)環(huán)初始值：在實(shí)際速度與期望速度相差很大時(shí)不使用PID算法，而是直接通過(guò)事先標(biāo)定的開(kāi)環(huán)值對(duì)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(chē)模調(diào)整

　　為了加快車(chē)模轉(zhuǎn)向響應(yīng)，設(shè)計(jì)中對(duì)車(chē)模上舵機(jī)的傳動(dòng)連桿進(jìn)行了加長(zhǎng)，使響應(yīng)速度提高了30%。由于連桿的加長(zhǎng)，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(duì)車(chē)模進(jìn)行了一些小的調(diào)校，包括主銷(xiāo)內(nèi)傾角、主銷(xiāo)后傾、后輪差速機(jī)構(gòu)等。

　　硬件系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

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

　　軟件系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

　　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(gè)控制周期中大致需要完成以下幾個(gè)步驟：首先是信號(hào)采樣，然后是一些有軟件實(shí)現(xiàn)的信號(hào)處理，諸如濾波等。之后根據(jù)信號(hào)來(lái)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行控制，控制包括轉(zhuǎn)向舵機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)兩部分。舵機(jī)控制是根據(jù)信號(hào)直接確定的，對(duì)電機(jī)的控制則是只給出一個(gè)期望速度，由當(dāng)前速度到期望速度的變化過(guò)程由更為底層的控制程序來(lái)完成。程序流程簡(jiǎn)圖如圖2 。

　　軟件算法的編寫(xiě)必須根據(jù)硬件條件，再好的算法如果跟硬件不兼容的話(huà)也是徒勞的，調(diào)試的過(guò)程就是讓其不斷適應(yīng)現(xiàn)有硬件的過(guò)程，智能車(chē)競(jìng)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。