速度控制算法

（第一届华中科大）4.3速度控制算法小车运行中另外--个关键的物理量是速度』由于小车在运行过程中有较大的时一延和惯性，从控制信号输出到舵机响应到位有段时间延退，同时小车运行本身的惯性也使得车体难以按照理想状况归即调整完毕口时延加惯性的系统特性对于小车通过弯道时，影响尤其明显。进入弯道后，速度过快容易冲出赛道：而速度过慢可能会导致动力不足卡停在弯道处。同时小车进入直道时，需要尽可能提升速度，并保持在-定范围内，避免因为速度过快影响宜道稳定性°如果没有速度闭环，仅仅依靠对电机的开环控制这是无法实现的。在小车实际运行中，电机接受到控制信号后，从初始转速提升到期望转速，需要经历3-5秒的加速过程，延退是相当大的，因此，除了使用PID对于位置偏差量进行控制外，本项目对小车速度也进行闭环控制闻［刁4.4速度控制算法重点研究一卜一小车的减速，这里有二种方方案：方案一通过机械接触小车轮或轴实现减速.这种方案使用的范围很广，但也很有效，是机械加工复杂，需要对卑体作改造，另外可靠:性与可控性不，不适合单片机的控制皿力案二使电机短时间停机°这种案可控性强.适合于轮轴自锁的电机，如减速电机与步进电机，，但由于小车的惯性作用，从刹车到停止需要一个缓冲时问，这样容易造成小车山直道进入弯道时容易冲出跑道，限制了小车的直道速度，而且使小车在弯道运行时连贯性很差第方案二电机瞬时反转来快速降低小车速度。这种话合于直流电机，这相当于给小车一个反向力矩来迅速降低小车的速度「很明显其减速效率优于方案二，经实验验证，其速度上连贯性也优于方案二。为进一-步精确控制小车速度，还需要引入闭环速度控制，把采用速度传感器检测到小车的实时速度，通过实际速度与期望速度之间的比较确定小车速度状态以及决定加速或减速的强度大小.如果没有速度闭环，虽然也可以较好的实现速度控制'但是不能灵活地根据小车的实时速度来进行调整，这会降低小车对赛道的应变能力.会降低小车的整体速度』在减速的过程中，为了保证小车的连贯行驶,我们引入了ABS技术的思想，预设…个期望值，通过实际值与期望值的比较'分段进行减速.以卜程序示意出了本项目采用的速度控制方案。if（BmlMTinie!=0） BrakeTime友示减速时间BrakcTimc：-; A'冷却时间处理I 减速功能子函数elseif（小车偏离赛道比较严重山诅小车刹车就绪）启动减速功能，给定刹车强度，减速冷却开始else根据小车状态与当前速度决定小车速度程序设计中通过调整减速时间（BrskTimQ以及减速功能子函数里设定的速度参数来控制减速的程度.通过实验，在良好识别弯道的前提下，可以达到迅速降低电机转速满足过弯要求。⑴舵机控制首先我们选用的是比例控制算法，先将P控制算法达到极限后再加入了积分，即应用PI控制，对积分参数进行调节，狗PI控制达到极限后，最后加入微分，即实现PID控制，不断测试调节，选择最优参数。（2）速度控制我们通过对加速和减速算法进行了多神方案的测试，并加入了测速传感器对速度进行实时检测°（第一届上海交大）

9.2.1速度闭环智能赛车驱动电机负裁运行时，响应特性较软’而控制周期相对于电机的响应特性较短'我9.2.1速度闭环智能赛车驱动电机负裁运行时，响应特性较软’而控制周期相对于电机的响应特性较短'我们采用Bang-Bang控制方法来实现赛车速度的闭环控制口在每…个控制周期中.检测-次赛车的当前速度值，若速度值小于预定的速度值，则将驱动电机PWM输入的占空比置为100%；若速度大于预定的速度值，则将驱动电机PWM输入的占空比置为饥控制流程图如图9.1。驱动电机占空比置为1加％图9.1驱动电机占空比置为1加％图9.1速度闭环控制改周期内其他控制模块控制周期入口驱动电机占空比置为。驻我们设定一速度，让赛车按此速度沿赛道匀速行驶，赛车实际的运行效果如图9.2所示。I可以看出.速度最大下降幅度只有2。%,而且--般情况下，速度在平均值附近的波动幅度只^4%.Bang-Bang控制卜的速度闭环可以很好认到速度控制的日的°小车在直线上行段时'闭环速度的响应曲线如图93闭环速庄响应线可以看出，速度从零增至稳态速度的如％只需要0.5秒时间,达到稳态速度只需要0.98秒时间，远小于开环时速度达到穗态值的时间（对比第五章的“驱动电机性能测试的开环速度响应）。因而,我们的速度闭环控制还可以加快速度响应，9.2.2路况检测和速度分配I影响赛车速度成绩的-个非常重要因素就是对弯道和直道的提前识别判断，从而实现安全过弯f快速通过直道，提高比赛成绩"而摄像头方案在这方在单行黑线讪沿检测提取算法的基础上,我们可以根据10行的数据中每行黑线位置与10行平均位置（参考公式）之相对位移，然后求10行相对位移之祁（ 公式K最后根据该值的大小并旦结合实际赛道实验数据,来确定弯道和直道之间的阀值大小.而旦.随着弯道系数的增.大，该位移之和也会相应增大。公式15公式15公式16图95S弯_ £YE】Y_ 1-ROW_MAXRQW_MAX —C?n*ve— £Jf[raw]—X?'OH=0根据该弯有道判断算法，可以得到一组由直道入弯、然后出弯的C^ve参数曲线日（参考图9.4、图9,5和表、表）。表91普通弯道，过弯参数普通180度弯序列L23456CURVE92413IS23a_>观察表9,1和表9.2可以得到在弯道中curvE数值•-般都大于10,偶尔在切线位置处出现小于io的怙况，但是作-为弯道的判断已经足够了「而且随着曲率半径的减小ciwve值也会相应的增大。因此可以根据ciuve的值来设置儿个阀值，判断赛车前方的路况信息。若ctave值越小，则说明前方赛道越直，则可以用前文中的速度闭环将赛车控制在一个较高的速度口反之.若curve值越大，则说明前方赛道弯得越陡,则应该用速度闭环将赛车控制在较低的速度。我们经实蚣测试『按如公式所示的经蛉公式通过curve值控制赛车的闭环速度。「丁SPEEDMAX-SPEEDMIN 广口厂厂八 工CURVEVALVESpeed= = = +SPEED_MIN 公式17CURVEVALVE（第三届东大猎鹰）3.21速度给定控制方案当智能车在直道行走的时候，可以给最高速度；当智能车在弯道出直道时，速度相对高速；当智能车直道入弯的时候，速度突然减下来；当智能车在弯道时，相对低速。速度的程序流程图如图4.5所示。

图4.5速度函数的流程图3.22速度PID控制算法在计算机控制系统中，数字PID控制算法通常又分为位置式PID和增量式PID。本次设计中，采用的是位置式PID。增量式与位置式算法是有差别的，增量式是计算机的积累功能，又硬件或者被控对象完成。而我们的小车的硬件没有这样的功能，所以我们选用位置式，而且位置式在实践中，也能很好的PID跟随性，符合小车要求的速度调节。比例系数kp的作用是对偏差作出的影响，使系统向减少偏差