智能車電磁檢測(cè)及控制算法的研究

圖4所示為本設(shè)計(jì)中電磁傳感器的布局。每?jī)蓚€(gè)軸線相互垂直的電感作為一組傳感器，水平放置。

設(shè)每組傳感器中，前端電感輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Ey，后端電感輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Ex，則：
1)對(duì)于1號(hào)位的兩個(gè)電感，計(jì)算，可求得電感所處磁場(chǎng)的導(dǎo)線方向，即車體相對(duì)于導(dǎo)線的偏移角度α；
2)2，3號(hào)位的電感同車體中心線成45°夾角，用來(lái)確定α值的正負(fù)，即導(dǎo)線所處的象限。當(dāng)2號(hào)位檢測(cè)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度明顯大于3號(hào)位時(shí)，以2號(hào)位前后兩個(gè)電感的電動(dòng)勢(shì)之比作為方向的參考：當(dāng)時(shí)，α為負(fù)(導(dǎo)線處于第二，四象限)，時(shí)，α為正(導(dǎo)線處于第一，三象限)；3號(hào)位的判別方法與之相反。
3)計(jì)算1號(hào)位前后兩個(gè)電感感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)平方和之根，再乘以比例系數(shù)λ，得到，即為車體偏離導(dǎo)線的距離。
4)4，5號(hào)位的電感用來(lái)輔助判斷d值的正負(fù)(左為負(fù)，右為正)，方法同導(dǎo)線方向的判別類似。
由于實(shí)際賽道中磁導(dǎo)線的電流在50～100 mA之間，因此每次上電智能車都要有一個(gè)15 s的自學(xué)習(xí)的過(guò)程：將車體貼近賽道做左右擺動(dòng)(不超出賽道范圍)，檢測(cè)出不同的車體姿態(tài)下電感感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的極值，并由此確定值。實(shí)驗(yàn)測(cè)得傳感器模塊距離的檢測(cè)精度為1．5 cm，角度的檢測(cè)誤差在±5°范圍內(nèi)，前瞻距離可達(dá)到25 cm。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，這樣的傳感器布局對(duì)于導(dǎo)線的檢測(cè)是比較準(zhǔn)確的，而且它可以預(yù)測(cè)出導(dǎo)線的方向趨勢(shì)，便于前瞻性控制算法的設(shè)計(jì)。

2 整體控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
智能車的控制結(jié)構(gòu)是以微處理器為核心。電機(jī)控制量、電機(jī)轉(zhuǎn)速和速度檢測(cè)構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)，該閉環(huán)的輸入為路徑檢測(cè)后微處理器給定的速度值，輸出控制后輪驅(qū)動(dòng)；舵機(jī)控制量構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)通道，其輸入為徽處理器給定的轉(zhuǎn)角值，輸出控制前輪轉(zhuǎn)向：最后以運(yùn)動(dòng)軌跡作為路徑檢測(cè)反饋控制器的輸入，其與導(dǎo)線比較確定車體姿態(tài)從而構(gòu)成一個(gè)大的閉環(huán)控制系統(tǒng)。智能車的控制系統(tǒng)框圖如圖5所示。

3 轉(zhuǎn)向控制算法的設(shè)計(jì)
對(duì)舵機(jī)的控制，要保證在任何情況下，總能給舵機(jī)一個(gè)合適的偏移量，保證小車能始終連貫地沿導(dǎo)引線行駛，防止出現(xiàn)大的抖動(dòng)。
舵機(jī)轉(zhuǎn)向是一個(gè)雙輸入單輸出的控制器：輸入量為偏移角度α及偏離距離d，輸出量為舵機(jī)的給定值。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出，系統(tǒng)可以依靠單個(gè)輸入量來(lái)完成控制的舵機(jī)，譬如以偏移角度α作為輸入，不考慮偏離距離d的作用。這種情況下系統(tǒng)雖然能夠運(yùn)行，但是控制的精度及響應(yīng)速度較低。同樣，在僅依靠偏離距離d的時(shí)候，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差，會(huì)出現(xiàn)比較明顯的抖動(dòng)。因此，需要綜合分析這兩個(gè)輸入量之間的耦合關(guān)系，實(shí)現(xiàn)更為精確的控制。