直立车毕业设计课件.ppt

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1、基于线性CCD智能直立车系统设计与实现直观单片机陀螺仪加速度计线性CCD编码器驱动芯片左右电机控制流程图制作过程理论学习直立车需要控制三个方面，控制车模直立、控制车模速度、控制车模方向，依次进行下面几个方面的理论学习。（1）一阶倒立摆原理（2）汽车原理（3）自动控制原理（4）单片机原理（5）电路设计原理一、车模制作大致分为方案确定、车模制作、车模调试三个阶段，如图所示。由于直立车模所涉及到的算法参数众多，所以调试阶段所占比重很大。车模调试不仅对于提高车模性能非常重要，同时也是理解车模控制原理、提高知识运用能力、培养现场实际操作技巧的重要阶段。二、下面制作流程

2、图车模的制作原理篇直立行走任务分解车模直立控制车模速度控制车模方向控制车模倾角测量电路设计篇驱动电路电源模块车模调试篇桌面调试跑道调试调试环境与工具直立行走任务分解一、维持车模直立、运行的动力都来自于车模的两个后车轮。后轮转动由两个直流电机驱动。因此从控制角度来看，车模作为一个控制对象，它的控制输入量是两个电机的转动速度。车模运动控制任务可以分解成以下三个基本控制任务：（1）控制车模平衡：通过控制两个电机正反向运动保持车模直立平衡状态；（2）通过调节车模的倾角来实现车模速度控制，实际上最后还是演变成通过控制电机的转速来实现车轮速度的控制。（3）控制车模方向：

3、通过控制两个电机之间的转动差速实现车模转向控制。车模直立控制（1）利用加速度计测量车模角度一、传感器的选择车模直立控制一、传感器的选择（2）利用陀螺仪测量车模角度直立控制一、由于陀螺仪和加速度计单独测得的角度值无法反应车模的实际姿态信息，那么该如何测量车模的实时姿态信息呢？？？？？直立控制一种简单的方法就是通过上面的加速度传感器获得的角度信息对此进行校正。通过对比积分所得到的角度与重力加速度所得到的角度，使用它们之间的偏差改变陀螺仪的输出，从而积分的角度逐步跟踪到加速度传感器所得到的角度。如图所示。直立控制加速度计和陀螺仪角度融合波形的调试使陀螺仪的波形平稳

4、红色为加速度计波形白色为融合后波形黄色为陀螺仪角速度波形直立控制一、车模的直立控制每5ms控制一次。直立PD参数调试速度控制一、速度控制量的极性是负，和通常速度反馈控制的极性“恰好相反”，这是由于该控制方案是从调节车模角度反馈进行设计和改进而得到的。第二点就是两个控制参数分别对应着误差信号的积分和比例值，所以在有的场合也可以称这两个参数为积分和比例控制参数。二、对于车模而言速度控制和方向控制都是对直立控制的干扰，直立每5ms控制一次而且速度控制要求尽量平缓，在软件中我对速度进行每100ms控制一次，每5ms输出一次。速度控制速度反馈采用欧姆龙五百线正交解码光

5、点编码器，可以测量电机的正反向运动速度pi参数调试方向控制（1）线性CCD采集时序图方向控制（2）线性CCD采集波形方向控制线性CCD包含128个像素点，对每次采集过来数据取平均值算出一个阈值，然后根据阈值将数据二值化，变成单片机方便处理的0和1.通过上次的中间值往两边扫描，如果遇到从1到0的跳变且继续扫描后出现连续三个像素点的二值化值为0，即可确定第一个为0的像素点为边沿，分别记为left_rage和right_rage,这样小车跟赛道中心的偏差为:Error=(left_rage-right_rage)/2-64但是这128个点并不是所有的像素点都能够获

6、得准确的灰度值，我选择左右各50个像素点来对赛道信息进行采集。这些像素点种理论上都有255中状态，我们分别把左右各50个像素点分别记为left14～63和right64～113.（3）偏差的获取方向控制一、车模通过线性CCD检测车模与赛道中心的偏差，偏差检测信号分别与车模速度控制信号进行加和减，形成左右轮差动控制电压，使得车模左右轮运行角速度不一致进而控制车模方向。二、在车模行驶的过程中，通过线性CCD检测的偏侧作为比例项，通过转向陀螺仪检测到的角速度作为微分量，从而实现车模的PD控制。方向PD参数调试为了验证方向控制的正确性在一个圆环赛道上验证方向控制的极

7、性是否正确。车模直立行走算法框图调试工具（1）由于需要对车模进行动态检测而且检测的数据量大，所以通过无线模块发送给另一块单片机，然后通过串口将需要用波形显示的发给电脑，需要传输十个参数，十个需要上位机显示的波形，为此我选用nrf2401,其传输数据量大，可以很好的满足要求调试工具为了减少通过烧写程序修改参数的繁琐，每次开机后使用薄膜按键修改参数，使用EEPROM存储每次修改的数据。存在的问题（1）对十字弯的处理不稳定（2）还需要对控制策略进行进一步的优化谢谢