基于S12的光電式自動(dòng)尋跡車(chē)的設計

如圖2所示，賽車(chē)的偏距大小為e，當檢測到黑線(xiàn)點(diǎn)數0＜Point≤2時(shí)，如式1所示：
式1
智能車(chē)的方向控制

智能車(chē)的前進(jìn)方向主要取決于賽道與賽車(chē)的偏距大小e，由圖2可知，為前輪轉角；y為傳感器距賽車(chē)前軸間距。則賽車(chē)的前進(jìn)方向轉角應為。舵機安裝在前軸中心上方，通過(guò)轉向連桿帶動(dòng)前輪轉向。由于舵機采用位置伺服電動(dòng)機，其輸出轉角與給定的PWM脈寬成線(xiàn)性關(guān)系，PWM控制信號高電平的寬度決定舵機輸出舵盤(pán)的角度。

由于舵機是一個(gè)大的延遲環(huán)節，不需要加控制算法。為了提高響應速度，采用直接查表法控制轉角，即對應不同偏距e按比例關(guān)系設定一個(gè)舵機轉向表，行駛中直接查表得到需要的轉角值，盡量消除了舵機執行延遲造成的影響。當Point＞2時(shí)（路徑交叉線(xiàn)），保持原有轉角值。

速度控制

智能車(chē)的速度控制比較復雜，在行駛中，不僅要求驅動(dòng)車(chē)輪有合理的瞬時(shí)速度，還要求速度變化細致平滑，“出彎立刻加速，入彎立刻減速”。即賽車(chē)位于直道時(shí)設置較高的車(chē)速，保證賽車(chē)有充足的加速空間；賽車(chē)在彎道時(shí)，應該隨著(zhù)賽道曲率半徑的不同改變車(chē)速，避免沖出賽道。車(chē)速控制一般采用PID閉環(huán)控制，輸出量u(t)和偏差 e(t)如式2所示：
式2

其中kp，ki ，kd 分別稱(chēng)為比例系數、積分系數、微分系數。 kp的作用是對偏差做出的影響，使系統向減少偏差的方向變化。 ki的作用是消除系統靜差，但ki 增加太大不利于減少超調、減少震蕩，使系統不穩定，系統靜差的消除反而減慢。 kd的作用是加快系統的響應，但是對擾動(dòng)的抑制能力減弱。

運用PID控制的關(guān)鍵是調整三個(gè)比例系數，即參數整定。PID控制器參數整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類(lèi)：一是理論計算整定法，它主要是依據系統的數學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計算確定控制器參數。二是工程整定方法，它主要依賴(lài)工程經(jīng)驗，直接在控制系統的試驗中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。
為使問(wèn)題簡(jiǎn)化，根據齊格勒—尼柯?tīng)査菇?jīng)驗公式，可將PID控制算法簡(jiǎn)化為關(guān)于kp的歸一參數公式。所以賽車(chē)車(chē)速計算公式設計如式3所示：

Sst_speed=high_speed-e×kp式3
式3中：Set_speed——賽車(chē)車(chē)速，high_speed——直道設定最高車(chē)速， kp——比例系數?？紤]到賽場(chǎng)環(huán)境的不同，在單片機中預存一組實(shí)驗數據kp，通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇。

結束語(yǔ)

本文提出了一種基于紅外線(xiàn)光電傳感器尋跡的智能車(chē)系統設計方法，系統采用MC9S12XSl28單片機做主控制器，直流電機作執行元件，對智能車(chē)進(jìn)行了關(guān)鍵設計與分析，提出了連續檢測濾波處理的消除干擾方式。通過(guò)編寫(xiě)程序先對所用到的模塊進(jìn)行初始化，并通過(guò)對相應數據寄存器或狀態(tài)寄存器的讀寫(xiě)，實(shí)現期望的功能。
完成后在中間粘貼黑色引導線(xiàn)的白色KT板制成的車(chē)道上對智能車(chē)進(jìn)行了測試,表明智能車(chē)在直道上可以達到很高的速度和穩定性，在彎道上控制好車(chē)速，智能車(chē)也能平穩地運行。