智能車電磁檢測及控制算法的研究

圖4所示為本設(shè)計中電磁傳感器的布局。每兩個軸線相互垂直的電感作為一組傳感器，水平放置。

設(shè)每組傳感器中，前端電感輸出的感應(yīng)電動勢為Ey，后端電感輸出的感應(yīng)電動勢為Ex，則：
1)對于1號位的兩個電感，計算，可求得電感所處磁場的導(dǎo)線方向，即車體相對于導(dǎo)線的偏移角度α；
2)2，3號位的電感同車體中心線成45°夾角，用來確定α值的正負，即導(dǎo)線所處的象限。當2號位檢測到的磁場強度明顯大于3號位時，以2號位前后兩個電感的電動勢之比作為方向的參考：當時，α為負(導(dǎo)線處于第二，四象限)，時，α為正(導(dǎo)線處于第一，三象限)；3號位的判別方法與之相反。
3)計算1號位前后兩個電感感應(yīng)電動勢平方和之根，再乘以比例系數(shù)λ，得到，即為車體偏離導(dǎo)線的距離。
4)4，5號位的電感用來輔助判斷d值的正負(左為負，右為正)，方法同導(dǎo)線方向的判別類似。
由于實際賽道中磁導(dǎo)線的電流在50～100 mA之間，因此每次上電智能車都要有一個15 s的自學(xué)習(xí)的過程：將車體貼近賽道做左右擺動(不超出賽道范圍)，檢測出不同的車體姿態(tài)下電感感應(yīng)電動勢的極值，并由此確定值。實驗測得傳感器模塊距離的檢測精度為1．5 cm，角度的檢測誤差在±5°范圍內(nèi)，前瞻距離可達到25 cm。實驗的結(jié)果表明，這樣的傳感器布局對于導(dǎo)線的檢測是比較準確的，而且它可以預(yù)測出導(dǎo)線的方向趨勢，便于前瞻性控制算法的設(shè)計。

2 整體控制系統(tǒng)的設(shè)計
智能車的控制結(jié)構(gòu)是以微處理器為核心。電機控制量、電機轉(zhuǎn)速和速度檢測構(gòu)成一個閉環(huán)，該閉環(huán)的輸入為路徑檢測后微處理器給定的速度值，輸出控制后輪驅(qū)動；舵機控制量構(gòu)成一個控制系統(tǒng)通道，其輸入為徽處理器給定的轉(zhuǎn)角值，輸出控制前輪轉(zhuǎn)向：最后以運動軌跡作為路徑檢測反饋控制器的輸入，其與導(dǎo)線比較確定車體姿態(tài)從而構(gòu)成一個大的閉環(huán)控制系統(tǒng)。智能車的控制系統(tǒng)框圖如圖5所示。

3 轉(zhuǎn)向控制算法的設(shè)計
對舵機的控制，要保證在任何情況下，總能給舵機一個合適的偏移量，保證小車能始終連貫地沿導(dǎo)引線行駛，防止出現(xiàn)大的抖動。
舵機轉(zhuǎn)向是一個雙輸入單輸出的控制器：輸入量為偏移角度α及偏離距離d，輸出量為舵機的給定值。通過實驗得出，系統(tǒng)可以依靠單個輸入量來完成控制的舵機，譬如以偏移角度α作為輸入，不考慮偏離距離d的作用。這種情況下系統(tǒng)雖然能夠運行，但是控制的精度及響應(yīng)速度較低。同樣，在僅依靠偏離距離d的時候，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差，會出現(xiàn)比較明顯的抖動。因此，需要綜合分析這兩個輸入量之間的耦合關(guān)系，實現(xiàn)更為精確的控制。