智能竞速车的滤波方法介绍和分析

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1、智能竞速车的滤波方法介绍和分析闫浩1张迪洲2李永科2（1.军械工程学院导弹工程系，河北石家庄050003;2.军械工程学院光学与电子工程系，河北石家庄050003）5摘要：本文分别对智能竞速车中所涉及到的滤波电路和滤波算法进行介绍和分析。滤波电路降低了多次谐波对弱电环境的干扰，并且提高信号的可靠性；通过设计滤波算法来消除干扰，抑制振荡，从而提高车模行驶的连续性和稳定性。关键词：滤波方法；智能竞速车；消除干扰；可靠性；稳定性Theintroductionandanalysisofthesmartcarfiltermeth

2、odYANHao(MechanicalEngineeringCollege,Shijiazhuang,Hebei050003,China)5引言滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。根据观察某一随机过程进行估计的概率理论与方法。它是从含有干扰的接收信号中提取有用信号的一种技术。“接收信号”相当于被观测的随机过程，“有用信号”相当于被估计的随机过程。滤波问题在电子技术、航天科学、控制工程及其他科学技术部门都是大量存在的。历史上最早考虑的是维纳滤波，后来R.E.卡尔曼和R.S.布西于20世纪

3、60年代提出了卡尔曼滤波。现代一般的非线性滤波问题的研究相当活跃。智能竞速车中涉及控制、模式识别、传感器技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科的专业知识，对理论知识的融合和动手实践能力的提高起到了良好的推动作用。本文以智能竞速车为例，介绍其中的滤波方法和算法。例如用传感器测量得到车模在相对跑道的位置，测得的车模位置的数据中，含有测量误差及其他随机干扰，如何利用这些数据尽可能准确地估计出车模的位置、速度、加速度等，并预测车模未来的位置。就是一个滤波与预测问题。1问题总述5智能竞速车的电路系统由传感器电路、主控芯片、

4、电压转换电路和电机驱动电路等主要部分组成。由于电路中各种电子器件经常在一起工作，它们之间必然存在相互干扰，这种干扰可以通过改进PCB板的布线设计来减弱，但是对于几个重要的部位，还是需要加滤波电路，来确保电路系统的稳定性。由于传感器电路是离散采集数据的，由此得到的信号也是离散的，所以控制的输出量就有跳跃性，其跳跃程度由信号的离散程度决定，这对系统控制的稳定性是非常不利的，针对这一情况，对信号进行滤波处理，同时对控制的输出量也进行滤波处理，可以大大降低控制量的跳跃程度，是控制过程平滑稳定。此外，传感器电路所采集的数据中也存

5、在噪声，若直接把采集的数据进行运算，会使得系统引入较大的噪声，所以要首先对数据进行滤波降噪处理。2硬件滤波方法针对电路中电子器件的相互干扰，可以通过改进PCB板的布线设计来降低其影响，在此不对PCB板布线设计做具体说明，下面主要介绍几个关键部位的滤波电路。由于智能竞速车是弱电环境，而且系统所采用的控制信号是PWM方波，因此，智能车电路系统中所采用的滤波电路主要是低通滤波电路，通过滤波消除多次谐波对电路系统的干扰，并且可以滤除方波信号中的“毛刺”，使信号更为平滑。2.1直流稳压电源滤波电路根据直流稳压电源的特性，要求电压

6、在时域上恒定直线。由于实际电源都是脉动的直流，还存在比较小的波峰和波谷，所以需要滤波。这样的话得到的直流电特性比较平滑，电压质量更高。电感的阻抗与频率成正比，电容的阻抗与频率成反比。所以，电感可以阻扼高频通过，电容可以阻扼低频通过。二者适当组合，就可过滤各种频率信号。例如将电容并在负载上或将电感串联在负载上，可滤去交流纹波。在智能竞速车的电路系统中，主要采用电容滤波的方法对电源进行滤波处理。电容滤波一般采用一大一小，两个电容，大电容用来稳定输出，众所周知电容两端电压不能突变，因此可以使输出平滑。小电容是用来滤除高频干扰

7、的，使输出电压纯净。电容越小，谐振频率越高，可滤除的干扰频率越高。电容滤波的几条原则：1.需要较小的电容并联对地，对高频信号提供了一个对地通路。电源滤波中电容对地脚要尽可能靠近地。2.理论上说电源滤波用电容越大越好，一般大电容滤低频波,小电容滤高频波。可靠的做法是将一大一小两个电容并联。电容容量选择：一般要求相差两个数量级以上,以获得更大的滤波频段。大电容,负载越重，吸收电流的能力越强，实际中采用的是106的电解电容；小电容，若没有特殊要求，凭经验，一般104即可。2.2PWM信号的输出滤波在智能竞速车中，PWM信号是

8、主要的控制信号，它可以控制电机和舵机，是输出控制量的载体，因此对于它的滤波也是很必要的。实际中采用光耦6N137（内部结构见图1）来隔离输入信号对PWM信号的影响，6N137光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850nm波长AlGaAsLED5和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特