广西大学学士学位论文

3.4 本章小结

本章对控制控制算法的设计与实现进行了描述，主要包括PID控制算法的原理，减速电机及转向舵机的控制算法三个部分内容。PID是一种经典的控制策略，但是限于舵机的机械性能，必须对弯道进行预判才能将直道速度发挥到最大。通过传感器对路径形状的识别，预判前方路径是直道，弯道还是S型道，然后决定赛车加速还是减速。

最后给出增量PID控制的程序图，CPU通过测速传感器进行实时速度的采集，形成了闭环的控制系统，更有利于整个系统性能的稳定性。

33

广西大学学士学位论文

第四章 智能小车的软件设计与调试

4.1 系统软件的设计思想

在软件的总体规划中，为方便现场调试与参数测试，我们将其分成了三个模式：测试模式，人机交互模式，比赛模式。软件设计的思想如图4-1 所示。

三个工作模式的分析：

（1） 测试模式；可以通过按键选择要测试的功能模块；分别对各个功

能的是否处于正常工作状态进行检测；

（2） 人机交互模式；可以通过按键输入调试的参数，并采用LCD显

示，主要是在调试PID程序时，方便设定比例、积分、微分常量；

（3） 比赛模式；小车的正常工作模式；

34

广西大学学士学位论文

开始系统初始化工作模式识别测试模式人机交互模式比赛模式路况信息检测传舵电相关参数感机机 修改器速度检测小车行使状态的分析方向控制速度控制舵机图4.1软件设计流程图

35

电机

广西大学学士学位论文

4.2 速度控制算法

重点研究一下小车的减速，这里有三种方方案： 方案一

通过机械接触小车轮或轴实现减速。这种方案使用的范围很广，但也很有效，是机械加工复杂，需要对车体作改造，另外可靠性与可控性不，不适合单片机的控制。

方案二

使电机短时间停机。这种案可控性强，适合于轮轴自锁的电机，如减速电机与步进电机，但由于小车的惯性作用，从刹车到停止需要一个缓冲时间，这样容易造成小车由直道进入弯道时容易冲出跑道，限制了小车的直道速度，而且使小车在弯道运行时连贯性很差。

方案三

电机瞬时反转来快速降低小车速度。这种适合于直流电机，这相当于给小车一个反向力矩来迅速降低小车的速度，很明显其减速效率优于方案二，经实验验证，其速度上连贯性也优于方案二。

为进一步精确控制小车速度，还需要引入闭环速度控制。把采用速度传感器检测到小车的实时速度，通过实际速度与期望速度之间的比较确定小车速度状态以及决定加速或减速的强度大小。如果没有速度闭环，虽然也可以较好的实现速度控制，但是不能灵活地根据小车的实时速度来进行调整，这会降低小车对赛道的应变能力，会降低小车的整体速度。

4.3 PID算法控制器参数设定

控制器参数整定：指决定调节器的比例系数 、积分时间Ti、微分时间Td 和采样周期Ts的 Kp具体数值。整定的实质是通过改变调节器的参数，使其特性和过程特性相匹配，以改善系统的动态和静态指标，取得最佳的控制效果。

整定调节器参数的方法很多，归纳起来可分为两大类，即理论计算整定法和工程整定法。理论计算整定法有对数频率特性法和根轨迹法等；工程整定法有凑试法、临界比例法、经验法、衰减曲线法和响应曲线法等。工程整

36