基于PID控制算法的智能小車設(shè)計(jì)方案

　　式中：U為電樞端電壓;I為電樞電流;R為電樞電路中電阻;φ為每級(jí)磁通量;K為電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

　　由式(1)可知，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法可以分為兩大類：對(duì)勵(lì)磁磁通進(jìn)行控制的勵(lì)磁控制法和對(duì)電樞電壓進(jìn)行控制的電樞控制法?，F(xiàn)在大多數(shù)應(yīng)用場合都使用電樞電壓控制法，本設(shè)計(jì)采用的是在保證勵(lì)磁恒定不變的情況下，采用PWM來實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法。

　　電動(dòng)機(jī)的電樞繞組兩端的電壓平均值U。為：

　　式中：占空比D表示在一個(gè)周期T里開關(guān)導(dǎo)通的時(shí)間與周期的比值，D的變化范圍為0≤D≤1。由式(2)可知，當(dāng)電源電壓Us不變的情況下，電樞兩端電壓的平均值Uo取決于占空比D的大小，改變D值也就改變了電樞兩端電壓的平均值，從而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，即實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)制。

　　為了便于取材和設(shè)計(jì)方便，此次設(shè)計(jì)選擇了飛思卡爾半導(dǎo)體公司的PC33886。PC33886在PWM調(diào)速模式驅(qū)動(dòng)下可以接受20 kHz的工作頻率;具有過熱、過流、短路保護(hù)，并且通過一條反饋線將器件的工作狀態(tài)反饋給單片機(jī)。

　　4.2 舵機(jī)控制

　　舵機(jī)控制程序流程圖如圖4所示。

　　車模在行駛過程中不斷采樣路況信息，并通過分析車模與賽道相對(duì)位置判斷車模所處路況，計(jì)算轉(zhuǎn)彎半徑。所有舵機(jī)標(biāo)準(zhǔn)PWM周期為20 ms，轉(zhuǎn)動(dòng)角度最大為90°，當(dāng)給舵機(jī)輸入脈寬為0.5 ms，即占空比為O.5/20=2.5%的調(diào)制波時(shí)，舵機(jī)右轉(zhuǎn)90°?？梢酝茖?dǎo)出轉(zhuǎn)動(dòng)角度與脈寬的關(guān)系計(jì)算公式為：

　　t=1.5±θ/90

　　式中：t為正脈沖寬度，單位：ms;θ為轉(zhuǎn)動(dòng)角度;當(dāng)左轉(zhuǎn)時(shí)取加法計(jì)算，右轉(zhuǎn)時(shí)取減法計(jì)算。

　　在具體操作中PWM調(diào)制波的周期可以設(shè)置在20 ms左右一定范圍內(nèi)均可以使舵機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)反復(fù)測試最終把輸出PWM調(diào)制波周期設(shè)為13 ms。

　　運(yùn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及舵機(jī)的轉(zhuǎn)角，在軟件上都是通過對(duì)PWM波占空比進(jìn)行設(shè)置來相應(yīng)控制的。

　　5 電源模塊

　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求大功率的電源供應(yīng)：低內(nèi)阻、大電流、對(duì)電源的紋波不敏感;單片機(jī)和圖像采集系統(tǒng)對(duì)電源質(zhì)量要求較高：低內(nèi)阻、波紋小、自身功耗不大，但要嚴(yán)防電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生的干擾。供電系統(tǒng)框圖如圖5所示。

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