七面鳥(niǎo)隊技術(shù)報告(節選)

　　超聲波放置位置

　　超聲波置于前瞻上，其與車(chē)身的連接需要有較好的剛度，這樣才能保證與陀螺儀采集到的信息同步，以避免直立控制自激。如圖2所示?！　?/p>

 

　　軟件開(kāi)發(fā)

　　1. 車(chē)模直立控制算法

　　直立控制采用了PD算法。我們使用超聲波模塊來(lái)獲取當前前瞻距離地面的高度，進(jìn)而得到車(chē)模偏離平衡位置的傾角，我們設定一個(gè)車(chē)模平衡時(shí)刻的車(chē)模前瞻距離地面的高度，記作變量Degree Distance MID，當車(chē)模偏離這個(gè)平衡位置時(shí)，根據當前狀態(tài)與平衡位置狀態(tài)的偏差量(Degree Distance MID-Degree Distance) 給電機合適的PWM值，給小車(chē)一定的加速度來(lái)控制小車(chē)的平衡?，F在我們來(lái)敘述我們使用超聲波模塊而不適用加速度計的原因，如果使用加速度計融合陀螺儀，陀螺儀存在微小的溫漂，但是隨著(zhù)積分運算，誤差會(huì )被放大，甚至達到飽和，必須要用加速度計矯正，這樣的積分運算在一定程度上會(huì )有滯后性，而使用超聲波融合陀螺儀控制直立，超聲波返回值可以直接作為偏離角，陀螺儀只需要用作計算差分控制量，并沒(méi)有積分運算，在不是很長(cháng)的時(shí)間內，陀螺儀微小的漂移量可以忽略。

　　直立控制算法流程如下：

　　1. 獲得前瞻距離地面高度，記作Degree Distance MID;
　　2. 計算與平衡位置的偏差值，Degree Distance MID - Degree Distance;
　　3. 獲取水平陀螺儀測得的車(chē)模直立方向轉動(dòng)的角速度，gyro – gyroMID;
　　4. 計算直立控制電機的控制量，Control Speed =
     　　STAND P * ( Degree Distance-Degree Distance MID ) - STAND D * ( gyro -gyroMID ) ;
　　5. 將直立控制量分別加入左右輪電機的PWM。

　　2. 車(chē)模速度控制算法

　　速度控制采用了PI算法，我們沒(méi)有將速度控制量直接加到電機的PWM中，在實(shí)驗中發(fā)現，若采用直接加PWM的控制方案，直立控制太強，則會(huì )導致加速太慢，速度控制太強，則會(huì )導致車(chē)模運行不穩定，直立方向容易引起震蕩。因此我們直接將速度控制量乘上一個(gè)比例系數后直接疊加到平衡位置的狀態(tài)量Degree Distance MID中，以此作為目標傾角，記作test MID，這樣的方案能夠協(xié)調平衡與加速的問(wèn)題。

　　3. 車(chē)模轉彎控制算法

　　由于時(shí)間所限，以及直立車(chē)模受車(chē)模前瞻電感數量的影響較大，加之先前曾經(jīng)嘗試過(guò)的根據計算賽道導線(xiàn)斜率的算法并不理想，我們最終僅僅使用了前面三個(gè)縱向排布的電感，利用PD算法。假設三個(gè)電感從左至右分別為DCL,DCM,DCR，用位置式(DCL-DCR)/(DCL+DCR)，中間電感DCM 的作用是判斷車(chē)模偏離賽道中心的程度，來(lái)對轉彎的進(jìn)行分段P控制，當車(chē)模偏離賽道中心較近時(shí)，給一個(gè)較小的P，當偏離賽道中心較遠的時(shí)候給一個(gè)較大的P，這樣車(chē)模在偏離賽道中心較近的時(shí)候能夠運行得比較平滑，當車(chē)模偏離賽道中心線(xiàn)較遠的時(shí)候能夠及時(shí)回到賽道中心。

　　參考文獻
　　[1] Inc F S. MCF52259 ColdFire(R) Integrated Microcontroller Reference Manua. 2011
　　[2] Inc F S. MCF52259 ColdFire Microcontroller Technical Data. 2011
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　　[5] 同濟大學(xué)益馳隊. 三電感位移算法[R]. 2012
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