全国大学生智能车大赛技术报

比赛技术报告--光电组王奉献该智能循迹小车以单片机最小系统为核心，辅以电源模块、图像采集模块、电机驱动模块和运行调试模块。小车通过龙邱线性采集赛道信息，经过不断改进机械结构并优化算法，小车可以完美地识别各种赛道信息。经过图像处理后，通过转向控制策略与算法驱动电机速度，实现路径的检测与识别。这份技术报告中，我将通过对整体方案、软件算法、机械结构、调试参数等方面进行介绍。一机械结构根据比赛规则，此次比赛选用型车模，对车模本身进行改造。首先去除原有车模的减震模块。（根据以往经验用处不大；且影响车模重心；占电池摆放位置）为防止摩擦对车模前轴槽进行磨除。改变原有的连接方法改用硬连接。前轴加入垫片；增大轴距。（不影响正常转动）后轴同样处理。（解决电机声音大的问题，齿轮咬合不好）⑥使用打印制作的连接座作为碳杆连接。（注意放置在车模正中间）改变主销后倾，主销内倾和前束，其具体作用见下：a主销后倾和主销内倾都有使转向轮自动回正的作用。但主销后倾的回正作用与车速有关，而主销内倾的回正作用与车速无关。因此，高速时主要靠主销后倾的作用，而低速时主要靠主销内倾的作用。前束的作用主要是为了使车辆具有自动回正的功能。前束一般为正。前束过小，方向不能自动回正（前轮前束过小）；过大会导致轮胎外侧过度偏磨或者轮胎“起级”。同时，方向盘转向较沉（前轮前束过大）。c主销内倾角的作用：在车载重时，能平衡掉悬挂系统因负重时产生的位移。使车轮在车辆负重时，能垂直于地面，减小轮胎的磨损。d从车头望向车轮,车轮与铅垂线的夹角称为外倾角，若轮胎上端向外倾斜即左右轮呈"\/形",称为正外倾角,向内倾斜为负外倾角。基本上，正外顷角的设定有较佳的灵活度，而负外顷角具较稳定的直进性。在某些位置添加垫片降低车模整体高度，提升稳定性。（如前后轮的垫片；电机座的垫片）

软件算法介绍:软件算法介绍:电荷耦合元件。可以称为能够把光学影像转化为电信号。图像传感器也叫图像控制器。是一种半导体器件，的作用就像胶片一样，但它是把光信号转换成电荷信号。电荷耦合元件。可以称为能够把光学影像转化为电信号。上有许多排列整齐的光电二极管，能感应光线，并将光信号转变成电信号，经外部采样放大及模数转换电路转换成数字图像信号。对于路径规划采用的是补线原则：在看来赛路元素情况无非三种：①全丢边②单侧丢边③不丢边对于不同的连接又有九种情况分别列写如下：不丢边不丢边自然过渡不作处理不丢边-单侧丢边补线（右侧边界丢掉使用上一周期左边界与中间值补出右边）（左侧边界丢掉使用上一周期右边界与中间值补出左边）当前猜测中间值=真实左边界值+上一时刻中间值-上一时刻左边值右侧丢边当前猜测中间值=真实右边界值-上一时刻中间值-上一时刻右边值左侧丢边不丢边全丢边使用第二个并将采值作为当前时刻使用值不覆盖e单侧丢边-不丢边自然过渡（单侧丢边补线后与不丢便无差别）单侧丢边单侧丢边（解决方案同不丢边单侧丢边）单侧丢边全丢边（解决方案同不丢边全丢边）全丢边不丢边自然过渡全丢边单侧丢边使用未覆盖数据补线（具体方法同不丢边单侧丢边）全丢边全丢边仍使用第二个并将采值作为当前时刻使用值不覆盖使用上述方法得到中间值当前中间值=（理论\现实右边界值+理论\现实左边界值）\2光电对射管：使用该元器件检测车轮转速；并使用选择器对左右轮检测速度（奇数周期检测左轮，偶数周期检测右轮）使用选择器对通道选择。可直接累加脉冲数。C伺服舵机对于固定的会有固定的打角；使用算法对得到的中间值输出一个打角（使用位置式下文将做介绍）电机使用桥驱动电路对进行处理，并给予电机一个电压值获得不同的转速要求；使用算法对光电对射管得到的脉冲数输出一个转速（使用增量式下文将做介绍）【控制总结】简介：在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称控制，又称调节。控制器问世至今已有近年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用控制技术。控制，实际中也有和控制。控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。比例（）控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（）。积分（）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（a为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例积分控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分（）控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例微分控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。调节方法：控制器参数选择的方法很多，例如试凑法、临界比例度法、扩充临界比例度法等。但是，对于控制而言，参数的选择始终是一件非常烦杂的工作，需要经过不断的调整才能得到较为满意的控制效果。依据经验，一般参数确定的步骤如下：①现场凑试法确定比例系数确定比例系数p时首先去掉的积分项和微分项，可以令=,使之成为纯比例调节。输入设定为系统允许输出最大值的％一%，比例系数由开始逐渐增大，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例系数逐渐减小，直至系统振荡消失。记录此时的比例系数，设定的比例系数为当前值的%〜%。确定积分时间常数比例系数确定之后，设定一个较大的积分时间常数，然后逐渐减小，直至系统出现振荡，然后再反过来，逐渐增大，直至系统振荡消失。记录此时的，设定的积分时间常数为当前值的%1%。确定微分时间常数微分时间常数一般不用设定，为即可，此时调节转换为调节。如果需要设定，则与确定的方法相同，取不振荡时其值的％。系（统4）空载、带载联调对参数进行微调，直到满足性能要求。②衰减曲线法是以4衰减作为整定要求的，先切除调节器的积分和微分作用，用凑试法整定纯比例控制作用的比例带（比同时凑试二个或三个参数要简单得多），使之符合4衰减比例的要求，记下此时的比例带和振荡周期。如果加进积分和微分作用，可按表3-4给-出2经验公式进行计算。若按这种方式整定的参数作适当的调整。对有些控制对象，控制过程进行较快，难以从记录曲线上找出衰减比。这时，只要被控量波动2次就能达到稳定状态，可近似认为是4的衰减过程，其波动一次时间为。③临界比例带法，用临界比例带法整定调节器参数时，先要切除积分和微分作用，让控制系统以较大的比例带，在纯比例控制作用下运行，然后逐渐减小B每减小一次都要认真观察过程曲线，直到达到等幅振荡时，记下此时的比例带称为临界比例带和波动周期，然后按表给出的经验公式求出调节器的参数值。按该表算出参数值后，要把比例带放在比计算值稍大一点的值上，把和放在计算值上，进行现场观察，如果比例带可以减小，再将放在计算值上。这种方法简单，应用比较广泛。但对很小的控制系统不适用。④反应曲线法，前三种整定调节器参数的方法，都是在预先不知道控制对象特性的情况下进行的。如果知道控制对象的特性参数，即时间常数、时间迟延&和放大系数K则可按经验公式计算出调节器的参数。利用这种方法整定的结果可达到衰减率中的要求。本次做车中采用现场凑试法。州•二其附一1^一绫二储拉（碇十芯4团十库出日出一-I）］增量式位置式三调试参数本实验中主要的参数有舵机打角的电机驱动的【调试方法参考上文】阈值（使用查看并在线更改）最终比赛前期对车进行设档位，不同的期望速度下对应不同的参数四赛道元素处理①起跑线灰度传感器进行处理，在车身两侧安装灰度传感器（使用功率大的灯泡照射赛道并返回亮度值，使用光敏电阻接收，当出现跳变，进行停车处理）②坡道陀螺仪进行处理，设立阈值当陀螺仪拟合传回的值达到临界，认为上坡开始