4.2线性CCD传感器路径精确识别技术 ................ 错误！未定义书签。

4.2.1新型传感器路径识别状态分析 ............................... 30 4.2.2 线性CCD传感器路径识别算法 ............................... 30 4.3弯道策略分析 ................................................... 31

4.3.1灯塔策略分析 ............................................. 31 4.3.2弯道策略分析 ............................................. 34 4.3.3直角策略分析 ............................................. 34 4.3.4十字策略分析 ............................................. 37 4.3.5障碍策略分析 ............................................. 40 4.3.6坡道策略分析 ............................................. 40 4.4 对速度的闭环控制 .............................................. 40 4.5电机控制 ....................................................... 42 第五章 开发工具、制作、安装、调试过程 ............................. 43 5.1 开发工具 ...................................................... 43 5.2 调试过程 ...................................................... 44 第六章 模型车主要参数 ............................................. 45 第七章 结 论 ................................................... 46 参 考 文 献 ....................................................... 48

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引 言

全国大学生“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛，以“立足培养、重在参与、鼓

励探索，追求卓越”为宗旨，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神。该项竞赛以智能自循迹小车作为载体，以小车的速度、智能启停能力和自主寻路及处理能力作为考核标准，其中由组委会提供一个标准的汽车模型、直流电机和可充电式电池，并规定使用飞思卡尔半导体公司的 8 位、16 位或 32 位微控制器作为核心控制模块，再加上限定范围的传感器，由各队队员自主完成硬件电路设计、系统软件设计和机械结构改装，经调试后到规定地点进行比赛。

竞赛要求在规定的汽车模型平台上，使用飞思卡尔半导体公司的微控制器作为核心控制模块，通过增加道路传感器、电机驱动模块以及编写相应控制程序，制作完成一个能够自主识别道路的模型汽车。智能汽车竞赛的赛道路面为宽度不小于45cm的白色面板，赛道两侧边沿有宽为25mm的连续黑线作为引导线。参赛队员的目标是模型汽车需要按照规则以最短时间完成单圈赛道。

整个系统涵盖了机械、电子、电气、传感、计算机、自动化控制等多方面知识，具有很强的实际考核意义。

在本次比赛中，本组使用大赛组委会统一提供的竞赛车模，采用飞思卡尔32 位微控制器 MKL26Z256VLL4作为核心控制单元，自主构思控制方案及系统设计，包括传感器信号采集处理、控制算法及执行、动力电机驱动、舵机控制等，最终实现一套能够自主识别路线，并且可以实时输出车体状态的智能车控制系统。

在制作小车的过程中，我们使用E型车模，E车轮子大，好平衡，当你调E车模时，会发现他很容易就平衡了，关键是调整重心，使其全部落到轮子的铅垂线上。我们对小车的整体构架也进行了深入的研究，分别在机械结构、硬件和软件上都进行过改进，硬件上主要是考虑并实践各种传感器的布局，改进驱动电路，软件上先后进行了几次大改，小车的寻线方式采用适应性较强的优化的位置加权的方法。控制算法上，速度采用PI控制，转向采用PD控制，平衡采用PD控制。

在这份报告中，我们主要通过对整体方案、机械、硬件、算法等方面的介绍，详细阐述我队在此次智能汽车竞赛中的思想和创新。具体表现在电路的创新设计、算法以及辅助调试模块等方面的创新。在准备比赛的过程中，队员查阅了大量的专业资料，反复地调试汽车模型的各项参数。所有队员都为此次智能汽车竞赛付出了艰苦的劳动。这份报告凝聚着武汉科技大学智能汽车队光电组全体队员的心血。

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第一章 方案分析与设计

本章主要介绍智能汽车系统总体方案的选定和总体设计思路，在后面的章节中将整个系统分为机械结构、控制模块、控制算法等三部分对智能汽车控制系统进行深入的介绍和分析。

1.1直立控制方案的分析

根据比赛规则要求，维持车模直立也许可以设计出很多的方案，本参考方案假设维持车模直立、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极的转动速度。车模运动控制任务可以分解成以下三个基本控制任务，如图1. 1所示：

（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） 控制车模速度：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：通过控制两个电机之间的转动差速实现车模转向控制。

图1.1

三个分解后的任务各自独立进行控制。由于最终都是对同一个控制对象（车模的电机）进行控制，所以它们之间存在着耦合。为了方便分析，在分析其中

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第九届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告

之一时假设其它控制对象都已经达到稳定。比如在速度控制时，需要车模已经能够保持直立控制；在方向控制的时候，需要车模能够保持平衡和速度恒定；同样，在车模平衡控制时，也需要速度和方向控制也已经达到平稳。这三个任务中保持车模平衡是关键。由于车模同时受到三种控制的影响，从车模平衡控制的角度来看，其它两个控制就成为它的干扰。因此对车模速度、方向的控制应该尽量保持平滑，以减少对于平衡控制的干扰。以速度调节为例，需要通过改变车模平衡控制中车模倾角设定值，从而改变车模实际倾斜角度。为了避免影响车模平衡控制，这个车模倾角的改变需要非常缓慢的进行。

车模平衡控制是通过负反馈来实现的。因为车模有两个轮子着地，车体只会在轮子滚动的方向上发生倾斜。控制轮子转动，抵消在一个维度上倾斜的趋势便可以保持车体平衡了。如图1.2所示。

图1.2

下面对倒立车模进行简单数学建模，然后建立速度的比例微分负反馈控制，根据基本控制理论讨论车模通过闭环控制保持稳定的条件。 假设倒立车模简化成高度为L，质量为m的简单倒立摆，它放置在可以左右移动的车轮上。假设外力干扰引起车模产生角加速度()xt。沿着垂直于车模地盘方向进行受力分析，可以得到车模倾角与车轮运动加速度以及外力干扰加速度()at()xt之间的运动方程。如图1.3所示。

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