智能车算法的简单研究

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1、智能车算法的简单研究摘要本文以“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛为背景，介绍了控制智能车舵机和电机的算法思想。舵机控制采用微分先行的PID算法,而电机控制算法近似闭环控制，创新地利用速度给定值与真实值的相反关系实现加减速。实践证明该方案是可行的。关键词智能车；舵机；电机；控制算法中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1671-7597(2013)12-0059-0121世纪的汽车概念将发生根本性的变化。从现在带有一些电子控制的机械装置，到带有一些辅助机械的机电一体化装置，它正向消费类电子产甜转移。随着汽车

2、电子控制技术的发展，汽车工业将面临着巨大的发展机遇和挑战，开展智能汽车技术的研究与开发工作具有重要意义。智能汽车的研究范围涉及到多种学科，综合知识的交叉应用促进智能汽车的形成与发展。本文结合作者参加“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛电磁组的经验，介绍了比赛屮智能车的舵机和电机的控制算法。因为交通坏境信息的复杂多变性、交通任务多样性等原因，汽车控制策略往往需耍复杂的智能控制理论来设计，但限于比赛时间和初次参赛的水平，作者还是采用相对简单却成熟的控制算法。针对舵机的特点，使用微分先行的PID算法，而对于电机的控制，

3、借助软硬件的巧妙配合，在常规PID算法上实践创新的想法，希望给予参赛选手一些控制方案设计上的启迪。1系统总体结构智能车系统采用飞思卡尔的16位单片机MC9S12XS128作为核心控制单元。传感器选择谐振回路方案，六个传感器对称安置于车正前方并伸出,用以确定赛车的位置。谐振回路采集、放大并检波感应电压，利用单片机的片内A/D将感应电压处理成数字信号，完成赛车的方向决策。MC9S12XS128内部PWM模块发出脉宽可调的方波，改变占空比进而驱动直流电机对智能车进行加速和减速控制。调节设定参数，实现对于不同道路情况的判

4、断与速度调节。为了对赛车的速度进行精确控制，需耍反馈环节,所以在智能车后轴上安装光电编码器，采集车轮转速的脉冲信号，经单片机捕获后完成智能车速度的闭环控制。2算法的选择2.1舵机算法智能车舵机的作用是控制车子行驶的方向。面对多样的真实路径时，可利用传感器的测量数据确定路况，选择针对性算法通过，但这不是本文讨论的重点。简单來说，道路可分为两类，直道和弯道。我们设定智能车的期望轨迹为跑道中间线，因为带电铜导线掩埋的位置位于跑道中线，受传感器布置的影响，若小车一直在屮线行驶，那么左右两组传感器的差值将会非常小，经过多次

5、实验，可得到一个较为合适的阈值。PID算法是将偏差的比例（P）、积分（I）、和微分（D）通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，因其简单实用的特点在工业生产者得到广泛应用，而数字PID控制则更加灵活。现在，普通PID算法也衍生出多种算法，以满足实际的各种环境与要求。在电磁组的比赛时，单片机根据对传感器対电磁环境的探测，给予舵机给定的控制值。因为小车路径的快速变化，舵机的给定值变化较快，并且改变越快，达到的控制效果也越精确。当控制系统的给定值发生阶跃时，微分作用将导致输出值人幅度变化，不利于稳定操作。因此我们选

6、择微分先行的PID算法，在微分项中不考虑给定值，只对被控量进行微分，这样，在改变给定值时，输出未变化,控制量的变化往往很缓和，避免了给定值变化频繁可能引起的系统振荡，改善系统动态特性。2.2电机算法在设计电机的算法时，一般使用负反馈闭环，电机给定速度值越大，最终稳定速度越大，而此次比赛中，因为偶然的发现，选用与之相反的给定方法，即电机给定速度值越大，电机稳定时的速度越小，这可通过硬件电路和单片机的初始化简单实现。假如控制量用u表示，电机输出量用v表示，k.b为常数，那么可以用公式U二k・v+b体现控制原理。从公式

7、表面上看这是一种开环控制，但由于电机给定值与真实值的相反关系，实际上依旧是闭环控制。下面介绍算法的基本思想：当小车从弯道进入直道时，需要减速，才能保证安全不冲出跑道。此时，小车速度V数值较大，为达到减速，电机的给定值U也应该较大，而在减速过程中，电机的给定值U随小车速度V比例变化，若干次振荡后达到稳定，速度降低。这个过程中，改变k值可改变速度变化的剧烈程度，它也影响着超调量和稳定时间。当小车从直道进入弯道时,速度变化与上述过程相反。在给小车调试时，因为采取依靠传感器來判断路况的策略，所以对于不同的路况，主要区别弯

8、道类型，赋予不同的比例系数k和补偿系数b值，需要反复的调试才能达到最佳状态。在此基础上,仍可以利用PTD算法，保证系统的动态特性和稳定性。3结朿语本论文结合智能车比赛的经历，主要介绍了作者在比赛中对于舵机和电机的算法选择思路，坚持以实际场合的有效应用为日标，在前人的基础上，总结创新出自己的想法，并实践运用。虽然算法总体较为简单，但实际证明木文方案是可行的，可获得较好的控制