关于直立平衡和智能循迹的小车控制系统结构设计

《关于直立平衡和智能循迹的小车控制系统结构设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、关于直立平衡和智能循迹的小车控制系统结构设计第一章引言1.1智能车的发展历史智能车的研究始于20世纪50年代初美国BarrettElectric公司开发出的世界上第一台自动引导车辆系统(AutomatedGuidedVehicleSystem,AGVS)。1974年，瑞典的VolvoKalmar轿车装配工厂与Schiinder-Digitron公司合作，研制出一种可装载轿车车体的AGVS，并由多台该种AGVS组成了汽车装配线，从而取消了传统应用的拖车及叉车等运输工具。20世纪80年代，伴随着与机器人

2、技术密集相关的计算机、电子通信技术的飞速发展，国外掀起智能机器人研究热潮，其中各种具有广泛应用前景和军用价值的移动式机器人受到西方各国的普遍关注。全国大学生智能汽车竞赛是在统一汽车模型平台上，使用飞思卡尔半导体公司的8位、16位微控制器作为核心控制模块，通过增加道路传感器、设计电机驱动电路、编写相应软件以及装配模型车，制作一个能够自主识别道路的模型汽车，按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。该竞赛涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的大学生课外科技创意性比赛。1

3、.2智能车竞赛内容和主要研究全国大学生智能汽车竞赛已经成功举办了七届，比赛规模不断扩大、比赛成绩不断提高。该竞赛涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的大学生课外科技创意性比赛。通过比赛培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能,倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神。赛车采用飞思卡尔32位微控制器MK60作为核心控制单元，由学生自主构思控制方案及系统设计，包括传感器信号采集处理、控制算法及执行、动

4、力电机驱动、直立转向控制等，完成智能车工程制作及调试。为完成本系统，主要做得内容分为以下几部分：（1）对车模机械部分进行详细的分析和调整；36（2）分析控制电路各模块的要求，计算出各模块器件的参数，设计完成硬件控制电路；（3）通过CCD传感器采集赛道信息；（4）对数据进行分析，设计控制算法并编写控制程序。第一章总体方案设计赛车的性能主要由机械结构、硬件和软件三部分决定。机械结构是赛车能够行驶的根本，赛车有了一定的机械结构，再加上相应的硬件和软件，就构成了一个完整的系统。2.1机械方面的总体设计智能车

5、的机械调整作为最基础的硬件其重要性是首位的，由于本届的车模只用后轮保持直立行走，车模没有舵机控制，所以机械结构比较简单，可以改动的地方不多，以往有关于调整车模的经验对于今年的比赛来说也是至关重要的，所以我们首先仔细阅读了往年的技术报告作为参考，我们车模的机械调整主要分为：编码器的安装；CCD支架的安装；CCD位置的调整，主控板驱动电路板的安装固定；加速度陀螺仪板的安装调整。2.2硬件总体设计1）主控使用飞思卡尔公司的144引脚的Mk60芯片，因为其引脚IO多，可以控制的外围较多的外围设备。系统控制结

6、构图如图2.1所示。图2.1系统控制结构图2）电源模块，通过7.236伏的总电源根据不同的模块采用不同的稳压方案，用到了线性稳压，由于7.2V较低我们采用低压差线性稳压。单片机3.3V供电用线性稳压；CCD采用5V供电，采用低压差线性稳压；3）电机驱动，由于电机电流较大，工作电流3-5A，所以电机驱动模块采用BTS7970和H桥配合4）输入模块采用按键调节5）通过CCD采集赛道上128个像素点，对于不同点的值进行处理，可以检测赛道的情况6）通过三轴加速度和陀螺仪对角度实时采集处理，使小车保持直立以及

7、加减速此外还有码盘等测速器件。2.3软件总体设计软件控制分为直立控制、速度控制和转向控制。其中直立闭环控制如图2.2所示，速度闭环控制如图2.3所示，转向闭环如图2.4所示。图2.2角度控制图2.3速度控制图2.4转向控制软件除了三个闭环还包括各种控制策略。策略应用简单的根据寻线来改变速度值，从而良好的解决十字交叉、起跑线、障碍等问题，保证赛车的全局稳定运行。第三章赛车车体机械结构设计3.1编码器的安装作为反馈的提供者，编码器安装的精度直接影响到测速的准确和对速度控制的准确度。今年的车模所留下的安装

8、编码器的空间有限，所以对编码器的36选型提出了更高的要求。最终我们选择了龙邱产的光电编码盘100p/r的增量型编码器，此光电编码器比一般的编码器灵敏度精确度要高，但是由于没有齿轮传动部分，所以不便于安装，鉴于以上情况，我们将螺丝柱粘在电机齿轮上，在螺丝柱上固定编码盘，然后在车架上固定红外计数器，来记录码盘转速。编码器的安装如图3.1所示。图3.1编码器的安装3.2CCD支架的安装在测试CCD时，发现CCD视角较小，最佳可视距离较大，但车模的高度不够高，为了让CCD扫描