[推荐]电磁智能车算法研究

《[推荐]电磁智能车算法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、智能车电磁检测及控制算法的研究时间：2011-06-0109：42：45來源：电子设计工程作者：王靖宇.秦刚・王粉姐西安工业大学摘要：在智能车传统P1D、PD控制的基础上进行改进，提出了-种更为稳定快速的循迹控制方法。智能车的方向控制和速度控制都具有非线性、大滞后的特点，传统的控制方法存在着响应时间不够及稳态谋差大的缺点。通过电磁传感器的合理设计，对路径信息和车体状态进行检测，并在此基础」:引入基于模糊控制的变参数PD控制和变结构控制。实验结果农明，与传统方法相比，神能车运行的稳定性利快速性都得到了很大的提高。关键

2、词：智能乍；MC9S12XS12&模糊控制：变参数PD控制器；变结构控制器木文是以第五届“飞思卡尔”杯全国人学生秤能汽车竟赛为背杲。木届比赛新增加了电磁纟II的比赛，在5。cm宽的赛道中心铺设有直径0.1-0.3mm的导线，具:中通有20kHz,iooniA的交变电流。除此之外，在赛道的起跑线处还有永磁铁标志起跑线的位置。车模要通过自动识别导线所产生的电磁场进行路径检测。从道路元素來看，赛道一般可以分成直道、转弯、S道、回环道等形式。在智能车行驶的过程中,为了选择最佳路径，减少行驶距离,在转弯处最好选择内切，小S弯

3、甚至可以近似的走成直线。但是由于电磁传感器的局限性，不可能像摄像头--样检测到询方赛道的全貌，这就要求在算法上有所突破。1种能车系统的换件组成1.1整体便件结构介绍图1所示为御能车控制系统的碾件框图°系统采用E思卡尔半导体公司的16位微处理器MC9S12XS128作为核心控制芯片，设计瑕小系统模块；外围电路包括路径检测模块，速度检测模块，舵机转向模块，电机骡动模块；电源模块为整个系统提供动力支持。菇中速度检测模块釆川光电编码器采集倩号，并通过微控制器的ECT模块进行脉冲捕捉讣数，测得速度值；电机苏动釆用H桥，可实现

4、电机的正反转及制动。严9S!2XSt28卜*1散据传刪IA/D1

5、PW

6、卜舵机饕甸IECT］1电机电动］I导（线II电潺］1.2电磁伎感器的设计根据麦克斯韦电磁场理论，交变电流会在周围产生交变的电磁场。本智能车选用工字型10mil电感作为磁场感应传感器。这类电感体积小，Q值离，具有开放的磁芯，可以灵皱的感应周国交变的磁场，产生响应感应电动势。图2所示为路径检测模块电路图，这里只为其中的-路。图2踣径检沱頓块电路体约iocm,距离地面8cm。Vout为感应电动势输出端。传感器模块伸出车由毕奥■萨伐尔定律知，通冇稳恒电

7、流的“导线周围会产生磁场，感应磁场分布址以导线为轴的•系列同也闘。闘上磁场強度人小相同，并随若距离导线的径增加成反比下降。图3所示为车模与赛道位置示总图，车体前部即为路径检测模块。a为车体相对于导线的偏移角度，d为车休和对于导线的偏离距离（垂直与车体中心线的横向距离）。在车模行驶的过程中，毎个电感线圈距离导线的距离不同，夹角也不同，因此输出的感应电动势大小不同。图3车祺与餐迢谊逻示恿图图4所示为木设计中电磁传感器的布局。每两个轴线相互垂亢的电感作为一组传感徹水平放迓。21:电弓*刃图4电磁传感器布局示帝图设毎组传感

8、器中，前端电感输岀的感应电动势为Ey,后端电感输出的感应电动势为Ex,则：arctan無.12011）对于1号位的两个电感•计算匕卜“，可求得电感所处磁场的导线方向.即车体相对于导线的偏移角度m2）2,3号位的电感同车体中心线成45。夹角，用來确定a值的正负，即导线所处的徐限。当2号位检测到的磁场强度明显大丁3号位时，以2号位前后两个电感的电动势z比耳作为方向的参考:5时.a为负（导线处于第二，四線限）,正（导线处于第_■三彖限）；3号位的判别方法与之相3）计算1号位前后两个电感感应电动势平方和z根7於疋八、再乘以

9、比例系数入.得到应，即为车体偏离导线的距离。4）4・5号位的电感用来辅助判断d值的正负（左为负，右为止）.方法同导线方向的判别类似。由于实际赛道中碗导线的电流在50-100mAZl•可，因此每次上电秒能乍都要有一个15s的自学习的过程：将车体贴近赛道做左右摆动（不超出赛道范国），检测出不同的车体姿态下电感感应电动势的极值,并由此确定值。实验测得传感器模块距离的检测梏度为1.5cm,角度的检测谋差在±5°范国内，前瞻距离可达到25cm。实验的结果农明，这样的传感器布局对于导线的检测是比较准确的，而且它可以预测出导线的

10、方向趋势，便于前瞻性控制算法的设计。2整体控制系统的设计智能车的控制结构是以微处理器为核心。电机控制量、电机转速和速度检测构成•个闭环,该闭环的输入为路径检测后微处理器给定的速度值，输出控制后轮弊动；舵机控制呈构成-个控制系统通道，其输入为徽处理器给淀的转角值，输出控制前轮转向：最后以运动轨迹作为路径检测反馈控制器的输入，英与导线比较确定车体姿态从而构成-个