智能車(chē)速度控制系統設計與實(shí)現

　　將車(chē)模放置在一段長(cháng)直跑道上，采用開(kāi)環(huán)方式給驅動(dòng)電機加上不同的電壓，記錄車(chē)模在速度進(jìn)入穩定后的速度值。然后將所測得的電樞電壓與車(chē)速進(jìn)行擬合的曲線(xiàn)如圖2所示，由圖1可將智能車(chē)加速模型近似為線(xiàn)性模型。

　　根據實(shí)驗數據可以確定車(chē)速執行器系統的零點(diǎn)和增益。車(chē)速V與占空比PWM_Ratio的關(guān)系如下：

　　V = PWM_Ratio×402 + 22000 (1)

　　其中：PWM_Ratio的取值范圍為0-65535

　　車(chē)模減速有三種方法：自由減速、能耗制動(dòng)和反接制動(dòng)。自由減速動(dòng)力來(lái)自摩擦阻力，基本認為恒定。能耗制動(dòng)是將能量消耗到電機內阻上，制動(dòng)力隨著(zhù)車(chē)速的降低而降低，也可通過(guò)控制使加速度減小得更快。反接制動(dòng)通過(guò)反加電壓實(shí)現，制動(dòng)力與所加的反向電壓有關(guān)。

　　由于輪胎抓地力有限，制動(dòng)力超過(guò)一定值后會(huì )發(fā)生輪胎打滑的情況。一旦發(fā)生打滑，會(huì )使剎車(chē)距離變長(cháng)，過(guò)彎半徑變大。如果能使剎車(chē)力始終控制在臨界打滑點(diǎn)上，則可以獲得最短的剎車(chē)距離。在這三種減速方法中，只有反接制動(dòng)可以根據不同的車(chē)速給出不同的反接剎車(chē)力，讓車(chē)速以最大斜率下降。因此，通過(guò)大量實(shí)驗測定出不打滑的最高剎車(chē)電壓，最高不打滑劃占空比約為55000。因為不同賽道會(huì )有差異，在編程時(shí)留有了余量。以震蕩作為識別車(chē)模在剎車(chē)時(shí)是否打滑的標志?？梢苑秩讉€(gè)典型的車(chē)速，讓車(chē)模在直道上加到預設的速度，然后分別用一組反接電壓進(jìn)行反接制動(dòng)，觀(guān)察并記錄最高不打滑的剎車(chē)電壓。這樣，每個(gè)典型車(chē)速都得到一個(gè)對應的最大剎車(chē)電壓。將最大不打滑反接電壓與車(chē)速對比后，發(fā)現最大不打滑反接電壓與車(chē)速成比例關(guān)系?？紤]直流電機的模型，外部電壓加到電機電樞上時(shí)，電機轉子開(kāi)始轉動(dòng)，產(chǎn)生反電勢，此電壓與車(chē)速成正比例關(guān)系。當轉子上產(chǎn)生的反電勢等于外加電壓后，電機速度達到穩態(tài)。因此，反接制動(dòng)電壓減去電機產(chǎn)生的反電勢之后剩下的電壓部分才是用于減速的。在車(chē)模要減速的時(shí)候，可以先通過(guò)當前車(chē)速計算出轉子的反電勢，然后在這個(gè)基礎上再疊加一個(gè)反接制動(dòng)電壓，送到執行器上。

　　車(chē)模前進(jìn)的阻力主要分為地面滑動(dòng)摩擦力和風(fēng)阻，車(chē)模在行駛過(guò)程中質(zhì)量保持恒定不變。在車(chē)速較低的情況下，風(fēng)阻也可認為是恒值。結合以上實(shí)驗數據和推理可知，車(chē)速模型的主要部分為一階慣性環(huán)節。

　　速度控制策略

　　經(jīng)分析，賽道大致分為直道，90度和90度以上的彎道和S形彎道等類(lèi)型，要想在不同道路上發(fā)揮出最大速度，關(guān)鍵問(wèn)題是如何判斷出道路的情況，以下是幾種道路的判斷條件和通過(guò)策略。

　　● 直道的判斷條件和通過(guò)策略

　　當小車(chē)在中間三個(gè)光電管的檢測范圍內檢測到黑線(xiàn)，則認為小車(chē)行駛在直道上，滿(mǎn)足直道的條件就使小車(chē)加速，直至加到某個(gè)較大的值時(shí)滿(mǎn)足剎車(chē)的條件。如果連續幾十個(gè)周期都檢測到了黑線(xiàn)，說(shuō)明小車(chē)行駛在長(cháng)直道上，而轉彎時(shí)需要剎車(chē)。