西安交通大学“交大之星”队技术文档

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1、第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛技术报告附件B基于模糊控制与PID控制相结合的赛车控制算法研究学校：西安交通大学队伍名称：交大之星参赛队员：睢涛赵龙陈刚带队教师：刘小勇关于技术报告和研究论文使用授权的说明本人完全了解第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛关于保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。参赛队员签名：带队教师签名：日期：目录第1章引言1第2章设计思路以及方案论证32.1概述32.1.

2、1系统设计方法32.1.2主要设计思路42.2硬件设计方案论证52.2.1单片机模块52.2.2电源模块方案52.2.3速度传感器模块方案52.2.4电机驱动模块方案62.2.5方向传感器模块方案72.3控制算法方案概述72.3.1总体方案72.3.2方向控制算法选择82.3.3速度控制算法选择92.4本章小结10第3章系统电路设计123.1单片机模块123.2电源管理模块123.3转向控制模块143.4车速传感模块153.4.1霍尔元件的工作原理153.4.2霍尔元件相关电路设计163.5路径识别模块173.6电机驱动模块193.7总结20第4章智能车机械设计214.1传感器模块位置调节结构

3、214.2舵机控制转向结构214.3主控电路板安装结构224.4测速模块安装234.5最终车体效果23第5章系统软件设计245.1软件功能概述245.2系统初始化245.2.1单片机初始化245.2.2定时器初始化265.2.3AD模块初始化275.2.4PWM模块初始化285.3获取AD值程序295.4位置计算程序295.4.1位置计算思路概述305.4.2传感器位置分布对位置计算的影响305.4.3位置计算315.5方向控制程序325.5.1PID控制算法理论335.5.2方向PID控制实现355.6速度控制程序365.6.1模糊控制理论375.6.2本系统涉及到的模糊控制设计405.7软

4、件系统的文件组织及流程图41第6章开发工具介绍及赛车调试436.1开发工具介绍436.1.1电路板开发工具436.1.2软件开发工具446.1.3在线调试工具456.2调试466.2.1硬件调试466.2.2系数调整47第7章模型车的主要技术参数517.1改造后的车模总体重量，长宽尺寸517.2电路功耗，所有电容总容量517.3传感器个数以及种类517.4除了车模原有的驱动电机、舵机之外无伺服电机517.5赛道信息检测精度、频率51第8章结论53参考文献I附录A源程序IIImain.c文件IIISYS.h文件IVSYS.c文件VSubR.h文件IXSubR.c文件XISR.h文件XVIIIIS

5、R.C文件XIX附录B研究论文XXI第1章引言智能车竞赛的目的是设计和制作一个完整的车模控制系统，或称之为车辆自动驾驶系统。其设计内容包括算法设计、机械设计、软硬件设计；制作内容包括机械制作、电路制作以及软件编程。当然，最后的调试以及控制参数的整定工作也是决定项目成败的关键所在[1]。思路及技术方案是一个工程项目的灵魂。因此，我们在设计和制作交大之星伊始就对思路与方案的选择非常仔细与谨慎。作为一个快速的随动控制系统。结合智能车设计的实际情况以及我们对于自动控制系统的设计经验。我们提出了，简单、稳定、快速、智能的八字方针作为模型车方案设计的指导原则。经过对被控对像的分析。我们可以把智能车控制系统

6、分为两个大的子控制系统。分别为：方向控制系统与速度控制系统。方向控制的作用就好比是驾驶员和他所控制的方向盘；速度控制系统的作用就好比是驾驶员和他脚下的油门与刹车。方向控制系统能使智能车沿着导引黑线行驶而不至偏移。速度控制能使智能车在直道上加速行驶而在入弯时刹车减速以尽量提高行驶速度和避免因入弯速度过快而造成的冲出赛道。明显，速度控制器的设计质量是决定比赛成绩的关键所在。经过再进一步的分析。我们而经将速度控制系统分为两个子控制器。第一个控制器我们将其称为电机转速控制器。它和测速模块一起组成一个典型的直流电机速度控制闭环回路。而其输入值也就是给定值，由一个被称为“行驶速度优化判决器”的模糊控制器给

7、出。“行驶速度优化判决器”的作用是由模型车当前的状态（速度、转弯程度等）经过模糊判决而得出当前状态下最大行驶速度的估计值。这个估计值也就是电机速度控制器的输入值，经过该控制器的控制，最终车模将行驶在“优化判决器”所计算出的速度上。显然，经过分析。决定比赛成绩的关键点就是“行驶速度优化判决器”的设计。对于它，我们采用的是模糊控制算法，以上所述就是本设计的关键技术思路。本文第二章主要介绍智能车的设计思