Cyberdragon隊智能車(chē)技術(shù)報告

　　電磁設計

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

　　電磁導引信號獲取

　　本設計中電磁信號獲取包括了兩部分：

　　1. 探頭部分，本設計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

　　考慮到起止線(xiàn)上會(huì )埋設表面磁場(chǎng)達上千高斯的磁鋼，本設計中的起止線(xiàn)檢測采用霍爾元件，為適應不同磁極，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，與節省單片機資源，設計中使用開(kāi)關(guān)霍爾，利用外部中斷方式檢測起止線(xiàn)。

　　控制算法

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

　　在通過(guò)實(shí)驗確定各項系數后，又在普通PID算法的基礎上做出了改良，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)事先標定的開(kāi)環(huán)值對速度進(jìn)行調整，然后再采用PID算法進(jìn)行調節，最后達預期速度。

　　車(chē)模調整

　　為了加快車(chē)模轉向響應，設計中對車(chē)模上舵機的傳動(dòng)連桿進(jìn)行了加長(cháng)，使響應速度提高了30%。由于連桿的加長(cháng)，舵機安裝方式也做出了相應改變，由臥式改為立式。 除此之外，還對車(chē)模進(jìn)行了一些小的調校，包括主銷(xiāo)內傾角、主銷(xiāo)后傾、后輪差速機構等。

　　硬件系統方案設計

　　此智能車(chē)通過(guò)電磁傳感器采集鋪設在賽道上的導線(xiàn)中攜帶的20kHz交變電流的磁場(chǎng)，并以此為依據進(jìn)行車(chē)體控制，利用適當的控制算法讓智能車(chē)達到沿導線(xiàn)前進(jìn)的目的?？刂扑惴ㄖ饕▋煞矫妫河糜隍寗?dòng)智能車(chē)前進(jìn)的電機控制和用于控制智能車(chē)轉向的舵機控制。賽車(chē)結構示意簡(jiǎn)圖如圖1。

　　軟件系統方案設計

　　有了硬件架構之后，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：首先是信號采樣，然后是一些有軟件實(shí)現的信號處理，諸如濾波等。之后根據信號來(lái)對車(chē)輛進(jìn)行控制，控制包括轉向舵機和驅動(dòng)電機兩部分。舵機控制是根據信號直接確定的，對電機的控制則是只給出一個(gè)期望速度，由當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，調試的過(guò)程就是讓其不斷適應現有硬件的過(guò)程，智能車(chē)競賽追求的不是最完美的程序而是最適合當前硬件的程序。