智能車速度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　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)。

　　由于輪胎抓地力有限，制動(dòng)力超過(guò)一定值后會(huì)發(fā)生輪胎打滑的情況。一旦發(fā)生打滑，會(huì)使剎車距離變長(zhǎng)，過(guò)彎半徑變大。如果能使剎車力始終控制在臨界打滑點(diǎn)上，則可以獲得最短的剎車距離。在這三種減速方法中，只有反接制動(dòng)可以根據(jù)不同的車速給出不同的反接剎車力，讓車速以最大斜率下降。因此，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)測(cè)定出不打滑的最高剎車電壓，最高不打滑劃占空比約為55000。因?yàn)椴煌惖罆?huì)有差異，在編程時(shí)留有了余量。以震蕩作為識(shí)別車模在剎車時(shí)是否打滑的標(biāo)志。可以分取幾個(gè)典型的車速，讓車模在直道上加到預(yù)設(shè)的速度，然后分別用一組反接電壓進(jìn)行反接制動(dòng)，觀察并記錄最高不打滑的剎車電壓。這樣，每個(gè)典型車速都得到一個(gè)對(duì)應(yīng)的最大剎車電壓。將最大不打滑反接電壓與車速對(duì)比后，發(fā)現(xiàn)最大不打滑反接電壓與車速成比例關(guān)系?？紤]直流電機(jī)的模型，外部電壓加到電機(jī)電樞上時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生反電勢(shì)，此電壓與車速成正比例關(guān)系。當(dāng)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的反電勢(shì)等于外加電壓后，電機(jī)速度達(dá)到穩(wěn)態(tài)。因此，反接制動(dòng)電壓減去電機(jī)產(chǎn)生的反電勢(shì)之后剩下的電壓部分才是用于減速的。在車模要減速的時(shí)候，可以先通過(guò)當(dāng)前車速計(jì)算出轉(zhuǎn)子的反電勢(shì)，然后在這個(gè)基礎(chǔ)上再疊加一個(gè)反接制動(dòng)電壓，送到執(zhí)行器上。

　　車模前進(jìn)的阻力主要分為地面滑動(dòng)摩擦力和風(fēng)阻，車模在行駛過(guò)程中質(zhì)量保持恒定不變。在車速較低的情況下，風(fēng)阻也可認(rèn)為是恒值。結(jié)合以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和推理可知，車速模型的主要部分為一階慣性環(huán)節(jié)。

　　速度控制策略

　　經(jīng)分析，賽道大致分為直道，90度和90度以上的彎道和S形彎道等類型，要想在不同道路上發(fā)揮出最大速度，關(guān)鍵問(wèn)題是如何判斷出道路的情況，以下是幾種道路的判斷條件和通過(guò)策略。

　　a. 直道的判斷條件和通過(guò)策略

　　當(dāng)小車在中間三個(gè)光電管的檢測(cè)范圍內(nèi)檢測(cè)到黑線，則認(rèn)為小車行駛在直道上，滿足直道的條件就使小車加速，直至加到某個(gè)較大的值時(shí)滿足剎車的條件。如果連續(xù)幾十個(gè)周期都檢測(cè)到了黑線，說(shuō)明小車行駛在長(zhǎng)直道上，而轉(zhuǎn)彎時(shí)需要?jiǎng)x車。

　　直道最高限速度是賽車從長(zhǎng)直道入彎時(shí)不沖出彎道的最高速度，小車行駛時(shí)不能高于這個(gè)速度。當(dāng)然，剎車越及時(shí)，越靈敏，則直道上速度就可以越大。實(shí)驗(yàn)得到約為55000(對(duì)應(yīng)PWM的占空比)。