智能車速度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
引言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/163743.htm在智能車競(jìng)賽中,速度控制不能采用單純的PID,而要采用能夠在全加速、緊急制動(dòng)和閉環(huán)控制等多種模式中平穩(wěn)切換的“多模式”速度控制算法,才能根據(jù)不同的道路狀況迅速準(zhǔn)確地改變車速,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定過(guò)彎。
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
按照競(jìng)賽要求,本文設(shè)計(jì)的智能車速度控制系統(tǒng),以飛思卡爾MC9S12DG128 單片機(jī)為核心[1],與車速檢測(cè)模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電源模塊等一起構(gòu)成了智能車速度閉環(huán)控制系統(tǒng)。單片機(jī)根據(jù)賽道信息采用合理的控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)車速的控制,車速檢測(cè)采用安裝于車模后軸上的光電編碼器,直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用了由四個(gè)MOS管構(gòu)成的H橋電路如圖1所示,電源模塊給單片機(jī)、光電編碼器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等供電。
系統(tǒng)建模
一個(gè)針對(duì)實(shí)際對(duì)象的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),首先要做的就是對(duì)執(zhí)行器及系統(tǒng)進(jìn)行建模,并標(biāo)定系統(tǒng)的輸入和輸出。為了對(duì)車速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合適的控制器,就要對(duì)速度系統(tǒng)進(jìn)行定階和歸一化[2]。對(duì)此,分別設(shè)計(jì)了加速和減速模型測(cè)定實(shí)驗(yàn)。通過(guò)加裝在車模后輪軸上的光電編碼器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速。編碼器齒輪與驅(qū)動(dòng)輪的齒數(shù)比為33/76,編碼器每輸出一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)智能車運(yùn)動(dòng)1.205mm。車??梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)加給電機(jī)的PWM波的占空比進(jìn)行調(diào)速。單片機(jī)上的PWM模塊可以是8位或16位的,為了提高調(diào)速的精度,電機(jī)調(diào)速模塊選用16位PWM,其占空比調(diào)節(jié)范圍從0到65535,對(duì)應(yīng)電機(jī)電樞電壓從0%到100%的電池電壓。
將車模放置在一段長(zhǎng)直跑道上,采用開(kāi)環(huán)方式給驅(qū)動(dòng)電機(jī)加上不同的電壓,記錄車模在速度進(jìn)入穩(wěn)定后的速度值。然后將所測(cè)得的電樞電壓與車速進(jìn)行擬合的曲線如圖2所示,由圖1可將智能車加速模型近似為線性模型。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以確定車速執(zhí)行器系統(tǒng)的零點(diǎn)和增益。車速V與占空比PWM_Ratio的關(guān)系見(jiàn)公式1:
V = PWM_Ratio×402 + 22000 (1)
其中:PWM_Ratio的取值范圍為0-65535
車模減速有三種方法:自由減速、能耗制動(dòng)和反接制動(dòng)。自由減速動(dòng)力來(lái)自摩擦阻力,基本認(rèn)為恒定。能耗制動(dòng)是將能量消耗到電機(jī)內(nèi)阻上,制動(dòng)力隨著車速的降低而降低,也可通過(guò)控制使加速度減小得更快。反接制動(dòng)通過(guò)反加電壓實(shí)現(xiàn),制動(dòng)力與所加的反向電壓有關(guān)。
評(píng)論