飛思卡爾智能車(chē)舵機和測速的控制設計與實(shí)現

舵機由舵盤(pán)、位置反饋電位計、減速齒輪組、直流動(dòng)電機和控制電路組成，內部位置反饋減速齒輪組由直流電動(dòng)機驅動(dòng)，其輸出軸帶動(dòng)一個(gè)具有線(xiàn)性比例特性的位置反饋電位器作為位置檢測。當電位器轉角線(xiàn)性地轉換為電壓并反饋給控制電路時(shí)，控制電路將反饋信號與輸入的控制脈沖信號相比較，產(chǎn)生糾正脈沖，控制并驅動(dòng)直流電機正向或反向轉動(dòng)，使減速齒輪組輸出的位置與期望值相符。從而達到舵機精確控制轉向角度的目的。舵機工作原理框圖如圖3所示。

2．2 舵機的安裝與調節
舵機的控制脈寬與轉角在-45°～+45°范圍內線(xiàn)性變化。對于對速度有一定要求的智能車(chē)，舵機的響應速度和舵機的轉向傳動(dòng)比直接影響車(chē)模能否以最佳速度順利通過(guò)彎道。車(chē)模在賽道上高速行駛，特別是對于前瞻性不夠遠的紅外光電檢測智能車(chē)，舵機的響應速度及其轉向傳動(dòng)比將直接影響車(chē)模行駛的穩定性，因此必須細心調試，逐一解決。由于舵機從執行轉動(dòng)指令到響應輸出需占用一定的時(shí)間，因而產(chǎn)生舵機實(shí)時(shí)控制的滯后。雖然車(chē)模在進(jìn)入彎道時(shí)能夠檢測到黑色路線(xiàn)的偏轉方向，但由于舵機的滯后性，使得車(chē)模在轉彎過(guò)程中時(shí)常偏離跑道，且速度越快，偏離越遠，極大限制車(chē)模在連續彎道上行駛的最大時(shí)速，使得車(chē)模全程賽道速度很難進(jìn)一步提高。為了減小舵機響應時(shí)間，在遵守比賽規則不允許改造舵機結構的前提下，利用杠桿原理，采用加長(cháng)舵機力臂的方案來(lái)彌補這一缺陷，加長(cháng)舵機力臂示意圖如圖4所示。

圖4中，R為舵機力臂；θ為舵機轉向角度；F為轉向所需外力；α為外力同力臂的夾角。在舵機輸出盤(pán)上增加長(cháng)方形杠桿，在杠桿的末端固定轉向傳動(dòng)連桿，其表達式為：

加長(cháng)力臂后欲使前輪轉動(dòng)相同角度時(shí)，在舵機角速度ω相同的條件下舵機力臂加長(cháng)后增大了線(xiàn)速度v，最終使得舵機的轉向角度θ減小。舵機輸出轉角θ減小，舵機的響應時(shí)間t也會(huì )變短。同時(shí)由式(1)可推出線(xiàn)速度口增大后，前輪轉向所需的時(shí)間t相應也會(huì )變短，其表達式為：t=ds／dv (2)
此外，當舵機連桿水平且與舵機力臂垂直時(shí)，得到力矩M，可由式(3)表示：M=FRsinα (3)
說(shuō)明當舵機連桿和舵機力臂垂直時(shí)α=900°，此時(shí)sinα得到最大值。在舵機力臂R一定和外力F相同條件下，舵機產(chǎn)生的力矩M最大，實(shí)現前輪轉向的時(shí)間最短。