飞思卡尔智能车基础

1、马磊马磊2010年年1月月“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛培训-智能车基础培训内容2课目课目时间时间地点地点教师教师智能车基础2010.1.21X1221马磊光电传感器2010.1.21X1221蒋朝根图像处理基础2010.1.22X1217黄进磁场测量2010.3待定董金文单片机基础2010.3待定胡鹏飞 等“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛培训-智能车基础3内容提要n智能车结构和运动学特征智能车结构和运动学特征n智能车的电子系统智能车的电子系统n智能车速度控制智能车速度控制n智能车转向控制智能车转向控制“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛培训-智能车基础4智能车结构n采用所谓Ackerma

2、nn Steering, 车体转弯半径由前、后轮间距和前轮转向角确定。nICC: Instantaneous Center of RotationRDLiICCoiRoRcRio“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛培训-智能车基础5车模全景“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛培训-智能车基础6电子系统“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛培训-智能车基础7单片机简介“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛培训-智能车基础8“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛培训-智能车基础9速度传感器n原理将车轮转动转化为电脉冲信号根据单位时间内脉冲数推算车轮转速，从而获得车速n类型霍尔传感器编码盘光电编码器“飞思卡尔”杯全

3、国大学生智能车竞赛培训-智能车基础10霍尔传感器n霍尔效应：当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。n接口：安装在车轮上的永磁铁经过霍尔元件集成的开关，触发脉冲。使用两个开关可判断车轮转向。“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛培训-智能车基础11编码盘n原理：在码盘两边分别安装光源及光电元件。当码盘随被测物体的工作轴转动时，每转过一个缝隙，光电元件所获得的光强就发生一次明暗转换，光电转换电路就产生一定幅值和功率的电脉冲输出信号。“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛培训-智能车基础12光电编码器n原理由对射式或反射式光电开关和边缘刻有一圈方孔的旋转编码盘

4、组成输出脉冲频率与转速成正比在编码盘上刻有数量相等但位置交错的两圈方孔，用两个光电开关输出两个相位相差90的脉冲，通过判断脉冲的相位可以判断电机的运转方向。n接口需外接倍频电路或鉴相器等进行计数和判别转向“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛培训-智能车基础13驱动电机原理n电机结构“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛培训-智能车基础14驱动电机原理n电机方程 KvRidtdiLKbJi2)(KRLsbJsKV“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛培训-智能车基础15驱动电机原理n驱动接口“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛培训-智能车基础16驱动电机原理nPWM （脉宽调制，Pulse Width Mo

5、dulation）“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛培训-智能车基础17速度控制n速度控制原理“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛培训-智能车基础18速度控制nPID控制原理dtteKdttdeKteKtuidP)()()()(“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛培训-智能车基础19速度控制nPID参数调整 （ Ziegler-Nichols 方法 ）)11 ()1 (1)()()(sTsTKsKKsKKKsKsKKsEsUsGdiPPdPiPdiPc“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛培训-智能车基础系统动态响应n典型阶跃响应：实际速度 vs 指定速度20超调： Mp峰值时间: tp滞后时间: t

6、d上升时间: tr调节时间: ts“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛培训-智能车基础PID控制器参数整定上升时间上升时间超调超调调节时间调节时间静态误差静态误差Kp减小减小增加增加变化不大变化不大减小减小Ki减小减小增加增加增加增加消除消除Kd变化不大变化不大减小减小减小减小变化不大变化不大21注意：注意：1. 实际应用中，PID控制器参数的设定还需要考虑电机-车轮转速变换、 PWM值与电机空载转速等多方面因素！2. 经验：从比例控制开始，调节性能到极限后加入小小积分环节继续调整。3. 经验：使用微分控制时应加入滤波环节滤波环节。“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛培训-智能车基础22舵机与转向控制n伺服电机原理舵机自带闭环