第二讲电磁车整体讲解

1、电磁车整体讲解一、电磁车整体控制原理与思想二、电磁车信号采集与处理三、电磁车整体电源驱动模块 讲解人：许四军电磁车整体控制思想电磁车直立是难点信号采集处理是车体直立行走的前提硬件电路为基础电源系统为车体血液车体控制原理框图智能车电源系统陀螺仪加速度计模块编码器模块电感采集模块计算车体角度角速度车体速度控制输出量车体转向控制输出量车体直立控制输出量三者叠加为电机输出量智能车直立行走车体直立行走任务分解v电磁组比赛要求车模在直立的状态下以两个轮子着地沿着赛道进行比赛，相比四轮着地状态，车模控制任务更为复杂车模运动控制任务可以分解成以下三个基本任务：（1） 控制车模直立：通过控制两个电机正反向运动保

2、持车模直立状态；（2） 控制车模速度：通过控制两个电机转速速度实现车模行进控制；（3） 控制车模转向：通过控制两个电机之间的转动差速实现车模转向控制。v以上三个任务都是通过控制车模两个后轮驱动电机完成的。可以假设车模的电机可以虚拟地被拆解成三个不同功能的驱动电机，它们同轴相连，分别控制车模的直立平衡、前进行走、左右转向车体直立控制将车模视为一个倒立的单摆系统这样倒立摆所受到的回复力为 为了使得倒立摆能够尽快地在垂直位置稳定下来，还需要增加阻尼力，与偏角的速度成正比，方向相反可得控制车轮加速度的控制算法直立车模控制（车模稳定的条件） 1、能够精确测量车模倾角 的大小和角速度 的大小 2、可以控制

3、车轮的加速度 车体速度与转向控制车模速度控制（控制电机速度车模速度控制（控制电机速度） 电机运动控制是通过改变施加在其上的驱动电压实现的。对于电机的电磁模型、动 力学模型以及车模的动力学模型进行分析和简化，可以将电机运动模型简化成如下的一 阶惯性环节模型。施加在电机上一个阶跃电E u(t) ，电机的速度变化曲线为 T1为惯性环节时间常数；Km为电机转动常数车模方向控制车模方向控制1、道路电磁中心线的偏差检测（道路电磁中心线检测简单的方法可以通过安装在车模前方的两个电磁感应线圈实 现。线圈一般采用10mH的工字型电感 ） 2、 电机差动控制 （利用电磁线偏差检测信号分别与车模速度控制信号进行加和

4、减，形成左右轮差动控 制电压，使得车模左右轮运行角速度不一致进而控制车模方向 ）电磁车信号采集分析陀螺仪模块信号采集电感信号采集陀螺仪加速度加速度计模块采集原理v加速度传感器可以测量由地球引力作用或者物体运动所产生的加速度，只需要测量其中一个方向上的加速度值，就可以计算出车模倾角，比如使用Z 轴方向上的加速度信号。车模直立时，固定加速度器在Z 轴水平方向，此时输出信号为零偏电压信号。当车模发生倾斜时，重力加速度g 便会在Z 轴方向形成加速度分量，从而引起该轴输出电压变化。变化的规律为加速度传感器陀螺仪采集原理v陀螺仪可以用来测量物体的旋转角速度在车模上安装陀螺仪，可以测量车模倾斜的角速度，将角

5、速度信号进行积分便可以得到车模的倾角陀螺仪模块加速度角度算法框图陀螺仪模块电路图陀螺仪传感器车模位置安装示意图电感信号采集原理v检测磁场所用的线圈轴线与轨道的位置关系对感应电动势的影响，假设前进方向为Y轴正向，顺着Y轴的右手边为X轴正向，Z轴指向小车正上方，假设线圈1与线圈2分别为线圈1轴线平行于X轴，垂直于Y轴，线圈2轴线平行于Z轴，垂直于Y轴。则电感线圈感应电动势分布如图电感传感器图片采集放大电路该电路具有高增益 稳定可靠的特点电感传感器布局利用传感器路径判断 对于直导线，当装有小车的中轴线对称的两个线圈的小车沿其直线行驶，即两个线圈的位置关于导线对称时，则两个线圈中感应出来的电动势大小应

6、相同、且方向亦相同。若小车偏离直导线，即两个线圈关于导线不对称时，则通过两个线圈的磁通量是不一样的。这时，距离导线较近的线圈中感应出的电动势应大于距离导线较远的那个线圈中的。根据这两个不对称的信号的差值，可以判断小车的位置，进而给出控制方向路径判断图片转向控制 根据不同路径信号采集的差异把两个电感的感应电动势进行归一化，算出横杆中心偏离赛道中心线的距离即为偏差。对偏差进行P算法处理，把转向输出量叠加到电机上进行输出车速检测单元车速检测单元v为了使得模型车能够平稳地沿着赛道运行，需要控制车速。通过对速度的检测，可以对车模速度进行闭环反馈控制。v车速检测一般是通过检测驱动电机转速来实现的。比赛中所

7、使用的常见测速方法列举如下： 转角编码盘 编码器转角编码盘转角编码盘编码器闭环系统 车体角度角速度信息、车体路径信息、车体速度信息实时反馈形成车体闭环系统，从而使车体行驶更加稳定车体电源系统稳压芯片介绍v串联型电源芯片串联型电源芯片 输出电压稳定、波纹小，电压范围小，效率低。 并联稳压电源输出电压特别稳定，但是负载能力很差。v开关型电源芯片开关型电源芯片 效率高、电压范围宽，输出电压相对稳定在负载功率变化时，输出电压仍然保持固定的电压值。稳压芯分类v串联型稳压芯片 LM78XX LM79XX LM2940 LM1085v可调压芯片 LM117-ADJ LM317-ADJ v开关型电源芯片 LM

8、 2576 LM78XX 压差在1.6V左右 78系列三端固定式稳压器只要把正输入电压加到芯片输入端和输出端与地之间除分别接大容量滤波电容外，通常还需在芯片引出根部接小容量（0.110 F）电容, 到地。用于抑制芯片自激振荡，用于压窄芯片的高频带宽，减小高频噪声。主要电路LM2940v低压差芯片 小于0.5vLM1117-ADJvLM1117- ADJ2.85LM1117- ADJ2.855 5 可调整输出可调整输出800 mA800 mA电流电流压差可小于压差可小于1.2V1.2VLM2576最终电源选择驱动电路选择 驱动电路采用两片33886级联，具有驱动电流大，稳定可靠的特点关于第八届光电组的说明 本届规则要求光电车直立行走使用光电传感器或线性CCD寻迹 直立仍然是做好本届光电的基础也是难点 光电传感器可以使用红外对管 线性CCD和第七届光电寻迹类似，但是采集 点的数目更多处理更加困难 但是只要认真分析不断努力，