一種基于線性CCD的直立小車循跡行駛設(shè)計(jì)

右輪速度控制量=設(shè)定值-(速度控制量測(cè)量值+轉(zhuǎn)向控制量測(cè)量值)

則實(shí)際上，轉(zhuǎn)向控制量為速度控制閉環(huán)中一部分，在C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)時(shí)，將兩控制量由同一控制算法計(jì)算。最終輸出量為：

電機(jī)輸出量=直立控制量+速度與轉(zhuǎn)向控制量

由原理可知，在直道上行駛時(shí)，因?yàn)檗D(zhuǎn)向控制量接近于零，所以傳統(tǒng)速度控制與我們所使用雙速度控制下的速度輸出量相同。轉(zhuǎn)向時(shí)，由于圖像采集后的PID控制產(chǎn)生轉(zhuǎn)彎控制量，形成左右輪差速，實(shí)現(xiàn)車模轉(zhuǎn)彎。傳統(tǒng)速度控制模式下轉(zhuǎn)彎控制量并不受速度控制調(diào)整，轉(zhuǎn)彎量相對(duì)速度控制參數(shù)來說是一種擾動(dòng)量，在雙速度控制算法下，轉(zhuǎn)彎量因?qū)Ξ?dāng)前輪胎轉(zhuǎn)速造成影響，故受到該輪速度控制調(diào)節(jié)。雙速度控制下，當(dāng)車模運(yùn)行轉(zhuǎn)彎時(shí)，雙速度控制實(shí)際上會(huì)減緩車模入彎控制速度，加快車模出彎控制速度。實(shí)驗(yàn)效果上，因雙速度控制減緩車模入彎控制量，則在很大程度上減小了車模因快速入彎而造成的側(cè)滑以及側(cè)翻，而對(duì)于出彎的快速調(diào)整，使車?？梢栽诔鰪澓蟾斓卣{(diào)整車模位置，便于處理連續(xù)彎道及出彎后的障礙、虛線、起跑線等特殊賽道情況。因此，雙速度控制下，轉(zhuǎn)彎時(shí)速度控制量不為零，相當(dāng)于系統(tǒng)轉(zhuǎn)彎時(shí)始終有速度閉環(huán)存在，輪子的左右差速由速度閉環(huán)控制。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

以下為各種不同道路情況下，測(cè)得系統(tǒng)在不同路況下所能通過的最短時(shí)間，由光電門測(cè)量計(jì)時(shí)，如表1所列。

由以上數(shù)據(jù)可以看出，在彎道越多時(shí)，雙速度控制所帶來的速度提升越明顯，而在連續(xù)小S彎道時(shí)所帶來的提升不大。

在本屆智能車競(jìng)賽中，對(duì)光電平衡車來說，對(duì)于速度提升最大的考驗(yàn)是本屆智能車首次加入的障礙部分。障礙部分最大的難點(diǎn)在于，車模直立狀態(tài)經(jīng)過障礙時(shí)，不可預(yù)測(cè)是車模的左輪還是右輪先經(jīng)過障礙。在車模高速行駛經(jīng)過障礙時(shí)，會(huì)出現(xiàn)車模騰空、車模電機(jī)失速的現(xiàn)象。當(dāng)電機(jī)失速時(shí)，車模落地時(shí)左右輪哪一個(gè)先落地同樣不可控，由此車?；貧w地面速度不可控，造成車模倒地或側(cè)翻。

雙速度控制在很大程度上可以減小車模在過障礙時(shí)的失速。當(dāng)車模經(jīng)過障礙時(shí)，無論是左輪還是右輪先經(jīng)過障礙，車輪失速、雙速度控制下，雙電機(jī)的速度控制是獨(dú)立的，又由于對(duì)電機(jī)的控制采用調(diào)節(jié)速度很快的PD控制，可以控制電機(jī)在失速回歸地面后迅速調(diào)整車身姿態(tài)，在車身重心較低情況下，高速通過單個(gè)障礙。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，PD控制下的雙速度控制可以很好地克服車模過障礙時(shí)對(duì)車模產(chǎn)生的影響，效果很好。

結(jié)語(yǔ)

本屆競(jìng)賽，組委會(huì)首次要求光電組直立，本設(shè)計(jì)基于飛思卡爾K10芯片，首次嘗試使用線性CCD作為圖像處理傳感器。根據(jù)線性CCD所采圖像，通過PID控制原理，采用雙速度控制算法對(duì)高度復(fù)雜的不同路況、障礙等情況都實(shí)現(xiàn)較好處理，效果良好。