智能車(chē)電磁檢測及控制算法的研究

圖4所示為本設計中電磁傳感器的布局。每?jì)蓚€(gè)軸線(xiàn)相互垂直的電感作為一組傳感器，水平放置。

設每組傳感器中，前端電感輸出的感應電動(dòng)勢為Ey，后端電感輸出的感應電動(dòng)勢為Ex，則：
1)對于1號位的兩個(gè)電感，計算，可求得電感所處磁場(chǎng)的導線(xiàn)方向，即車(chē)體相對于導線(xiàn)的偏移角度α；
2)2，3號位的電感同車(chē)體中心線(xiàn)成45°夾角，用來(lái)確定α值的正負，即導線(xiàn)所處的象限。當2號位檢測到的磁場(chǎng)強度明顯大于3號位時(shí)，以2號位前后兩個(gè)電感的電動(dòng)勢之比作為方向的參考：當時(shí)，α為負(導線(xiàn)處于第二，四象限)，時(shí)，α為正(導線(xiàn)處于第一，三象限)；3號位的判別方法與之相反。
3)計算1號位前后兩個(gè)電感感應電動(dòng)勢平方和之根，再乘以比例系數λ，得到，即為車(chē)體偏離導線(xiàn)的距離。
4)4，5號位的電感用來(lái)輔助判斷d值的正負(左為負，右為正)，方法同導線(xiàn)方向的判別類(lèi)似。
由于實(shí)際賽道中磁導線(xiàn)的電流在50～100 mA之間，因此每次上電智能車(chē)都要有一個(gè)15 s的自學(xué)習的過(guò)程：將車(chē)體貼近賽道做左右擺動(dòng)(不超出賽道范圍)，檢測出不同的車(chē)體姿態(tài)下電感感應電動(dòng)勢的極值，并由此確定值。實(shí)驗測得傳感器模塊距離的檢測精度為1．5 cm，角度的檢測誤差在±5°范圍內，前瞻距離可達到25 cm。實(shí)驗的結果表明，這樣的傳感器布局對于導線(xiàn)的檢測是比較準確的，而且它可以預測出導線(xiàn)的方向趨勢，便于前瞻性控制算法的設計。

2 整體控制系統的設計
智能車(chē)的控制結構是以微處理器為核心。電機控制量、電機轉速和速度檢測構成一個(gè)閉環(huán)，該閉環(huán)的輸入為路徑檢測后微處理器給定的速度值，輸出控制后輪驅動(dòng)；舵機控制量構成一個(gè)控制系統通道，其輸入為徽處理器給定的轉角值，輸出控制前輪轉向：最后以運動(dòng)軌跡作為路徑檢測反饋控制器的輸入，其與導線(xiàn)比較確定車(chē)體姿態(tài)從而構成一個(gè)大的閉環(huán)控制系統。智能車(chē)的控制系統框圖如圖5所示。

3 轉向控制算法的設計
對舵機的控制，要保證在任何情況下，總能給舵機一個(gè)合適的偏移量，保證小車(chē)能始終連貫地沿導引線(xiàn)行駛，防止出現大的抖動(dòng)。
舵機轉向是一個(gè)雙輸入單輸出的控制器：輸入量為偏移角度α及偏離距離d，輸出量為舵機的給定值。通過(guò)實(shí)驗得出，系統可以依靠單個(gè)輸入量來(lái)完成控制的舵機，譬如以偏移角度α作為輸入，不考慮偏離距離d的作用。這種情況下系統雖然能夠運行，但是控制的精度及響應速度較低。同樣，在僅依靠偏離距離d的時(shí)候，系統的穩定性較差，會(huì )出現比較明顯的抖動(dòng)。因此，需要綜合分析這兩個(gè)輸入量之間的耦合關(guān)系，實(shí)現更為精確的控制。