3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)的基本控制策略是根據(jù)CCD傳感器檢測到的路徑信息，車速檢測模塊檢測到的當(dāng)前車速信息和加速度傳感器檢測到的加速度信息，來控制舵機(jī)和直流驅(qū)動電機(jī)運動。

3.1 車速控制

為了提高機(jī)器人運行的穩(wěn)定性，采用PID算法實現(xiàn)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)，PID控制器的輸入量為給定轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)速的差值，采用增量式PID算法。

3.2 智能車平穩(wěn)性控制

為了避免智能車發(fā)生側(cè)滑現(xiàn)象，應(yīng)在智能車上安裝加速度傳感器，以檢測是否發(fā)生側(cè)滑。車速為v，轉(zhuǎn)向角為δ，車體質(zhì)量為m，軸距為l，當(dāng)理想轉(zhuǎn)向時，向心加速度為a，則a=mv2tanδ/l。當(dāng)加速度傳感器反饋回的實際加速度a*小于理論加速度a時(實際中應(yīng)當(dāng)保持一定的死區(qū))，表明智能車系統(tǒng)存在側(cè)滑現(xiàn)象。這時便命令智能移動小車減速，速度參考量為

3.3 舵機(jī)轉(zhuǎn)向控制

系統(tǒng)使用模糊控制算法控制智能車轉(zhuǎn)向。傳感器檢測的重點是轉(zhuǎn)向角誤差，當(dāng)轉(zhuǎn)向角誤差相同時，不同的誤差變化率反映不同的軌道半徑，因此，該設(shè)計還檢測轉(zhuǎn)向角誤差變化率。當(dāng)誤差量很小，且誤差變化率不變時，則判定為智能小車正沿著引導(dǎo)線行駛，則機(jī)器人小車沿直線行進(jìn);若誤差變化率較大時，表明智能小車正在偏離引導(dǎo)線，此時，需對航向角做相應(yīng)調(diào)整。通過CCD圖像傳感器檢測白色地面上的黑線，根據(jù)返回的信號得出駕駛角誤差和誤差變化率，將CCD圖像傳感器視覺中心的誤差和誤差變化率作為控制器的輸入，分別用e和ec表示;輸出為駕駛角，用δ表示。模糊語言值分別選為：e：{LB，LM，LS，CE，RS，RM，RB};ec：{PB，PM，PS，Z0，NS，NM，NB};δ：{LB，LM，LS，CE，RS，RM，RB}。隸屬度函數(shù)采用三角形，如圖4所示。交疊系數(shù)β=(c1一a2)/(c2-b1)，取0.75。根據(jù)駕駛經(jīng)驗建立規(guī)則庫進(jìn)行模糊推理后.利用重心法進(jìn)行反模糊化得出舵機(jī)所要轉(zhuǎn)的角度。

3.4 智能車控制流程

設(shè)計中，程序初始化完成后便進(jìn)入空閑模式，等待中斷發(fā)生。中斷包括車輪轉(zhuǎn)速計數(shù)器中斷、CCD圖像捕捉中斷和以10 ms為周期的定時器0中斷。驅(qū)動電機(jī)和舵機(jī)的PWM控制信號由單片機(jī)的PWM模塊自動產(chǎn)生，其定時器0的中斷服務(wù)程序如圖5所示。

4 結(jié)語

以MC9S12DGl28作為控制核心，設(shè)計自主尋跡的智能車控制系統(tǒng)，在檢測到智能車運動信息和道路信息的基礎(chǔ)上，采用模糊控制算法控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向，通過轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)的方式控制直流電機(jī)。實驗證明：該智能車在白色的跑道上能沿著一定寬度任意弧度的黑色引導(dǎo)線以較快的速度平穩(wěn)地行駛，尋跡效果良好，速度和轉(zhuǎn)向控制響應(yīng)快，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力強(qiáng)，速度可以達(dá)到1.5 m/s，此方案已應(yīng)用于全國智能車大賽。