飛思卡爾智能車舵機(jī)和測速的控制設(shè)計與實現(xiàn)

舵機(jī)由舵盤、位置反饋電位計、減速齒輪組、直流動電機(jī)和控制電路組成，內(nèi)部位置反饋減速齒輪組由直流電動機(jī)驅(qū)動，其輸出軸帶動一個具有線性比例特性的位置反饋電位器作為位置檢測。當(dāng)電位器轉(zhuǎn)角線性地轉(zhuǎn)換為電壓并反饋給控制電路時，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(qū)動直流電機(jī)正向或反向轉(zhuǎn)動，使減速齒輪組輸出的位置與期望值相符。從而達(dá)到舵機(jī)精確控制轉(zhuǎn)向角度的目的。舵機(jī)工作原理框圖如圖3所示。

2．2 舵機(jī)的安裝與調(diào)節(jié)
舵機(jī)的控制脈寬與轉(zhuǎn)角在-45°～+45°范圍內(nèi)線性變化。對于對速度有一定要求的智能車，舵機(jī)的響應(yīng)速度和舵機(jī)的轉(zhuǎn)向傳動比直接影響車模能否以最佳速度順利通過彎道。車模在賽道上高速行駛，特別是對于前瞻性不夠遠(yuǎn)的紅外光電檢測智能車，舵機(jī)的響應(yīng)速度及其轉(zhuǎn)向傳動比將直接影響車模行駛的穩(wěn)定性，因此必須細(xì)心調(diào)試，逐一解決。由于舵機(jī)從執(zhí)行轉(zhuǎn)動指令到響應(yīng)輸出需占用一定的時間，因而產(chǎn)生舵機(jī)實時控制的滯后。雖然車模在進(jìn)入彎道時能夠檢測到黑色路線的偏轉(zhuǎn)方向，但由于舵機(jī)的滯后性，使得車模在轉(zhuǎn)彎過程中時常偏離跑道，且速度越快，偏離越遠(yuǎn)，極大限制車模在連續(xù)彎道上行駛的最大時速，使得車模全程賽道速度很難進(jìn)一步提高。為了減小舵機(jī)響應(yīng)時間，在遵守比賽規(guī)則不允許改造舵機(jī)結(jié)構(gòu)的前提下，利用杠桿原理，采用加長舵機(jī)力臂的方案來彌補(bǔ)這一缺陷，加長舵機(jī)力臂示意圖如圖4所示。

圖4中，R為舵機(jī)力臂；θ為舵機(jī)轉(zhuǎn)向角度；F為轉(zhuǎn)向所需外力；α為外力同力臂的夾角。在舵機(jī)輸出盤上增加長方形杠桿，在杠桿的末端固定轉(zhuǎn)向傳動連桿，其表達(dá)式為：

加長力臂后欲使前輪轉(zhuǎn)動相同角度時，在舵機(jī)角速度ω相同的條件下舵機(jī)力臂加長后增大了線速度v，最終使得舵機(jī)的轉(zhuǎn)向角度θ減小。舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)角θ減小，舵機(jī)的響應(yīng)時間t也會變短。同時由式(1)可推出線速度口增大后，前輪轉(zhuǎn)向所需的時間t相應(yīng)也會變短，其表達(dá)式為：t=ds／dv (2)
此外，當(dāng)舵機(jī)連桿水平且與舵機(jī)力臂垂直時，得到力矩M，可由式(3)表示：M=FRsinα (3)
說明當(dāng)舵機(jī)連桿和舵機(jī)力臂垂直時α=900°，此時sinα得到最大值。在舵機(jī)力臂R一定和外力F相同條件下，舵機(jī)產(chǎn)生的力矩M最大，實現(xiàn)前輪轉(zhuǎn)向的時間最短。