智能車不同姿態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下的速度控制算法

張?jiān)蚀T 甄海鋒 姜正義

摘要：全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽中，三輪組要求車模以水平和直立兩種姿態(tài)運(yùn)行，由于直立要求車模質(zhì)量均衡，而切換到水平狀態(tài)下容易前輪抬起，傳統(tǒng)的控制算法難以滿足比賽要求。針對(duì)此問題，本文提出一種角度、速度串級(jí)控制算法，使車模抬起角度對(duì)速度產(chǎn)生抑制，實(shí)現(xiàn)水平姿態(tài)的穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法及控制策略對(duì)車模角度控制非常有效，在保證水平姿態(tài)高速狀態(tài)下仍可保持前輪貼地運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：智能車;串級(jí)控制;姿態(tài)切換

問題引出

高度智能化的無人駕駛技術(shù)，是智能汽車研究熱點(diǎn)。為了提高汽車在自動(dòng)駕駛過程中魯棒性要求，在最新一屆的智能車競(jìng)賽中，提出要求將直立車模可以在直立和水平狀態(tài)下任意切換運(yùn)行。競(jìng)賽中，要求智能車能識(shí)別出斷路區(qū)并迅速切換運(yùn)行姿態(tài)，并在下一次斷路區(qū)內(nèi)切換回來，賽道中間有坡道元素，最終以用時(shí)最短的隊(duì)伍獲勝。

1速度控制算法設(shè)計(jì)

本文以恩智浦公司在“全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽”中指定的D型車模為研究對(duì)象。該車模參數(shù)為：車長(zhǎng)30cm，車寬25cm，車高15cm，車重約863g，用電感檢測(cè)賽道中的銅線電流大小為100mA，頻率為20kHz，波形為方波的電流變化。

在車模直立運(yùn)行過程中，直立與速度實(shí)現(xiàn)串級(jí)控制，將速度環(huán)PID控制器計(jì)算輸出作為直立環(huán)輸入偏差，直立環(huán)PID控制器輸出PWM到電機(jī)，使車模維持一定角度前進(jìn)，由此得到啟發(fā)，當(dāng)車模以水平狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，將車模運(yùn)行零點(diǎn)置零，即水平貼地狀態(tài)時(shí)零點(diǎn)，將直立環(huán)PID控制器輸出作為速度環(huán)偏差輸入，車模運(yùn)行過程中如果角度有抬起，則直立環(huán)輸出為負(fù)，使速度環(huán)輸出減小，車模減速，獲得向后的加速度，車模繼續(xù)以水平狀態(tài)前進(jìn)。

2控制過程

當(dāng)我們?cè)O(shè)定一個(gè)速度值，此時(shí)由陀螺儀測(cè)得當(dāng)前角度值加上設(shè)定值送給角度PID控制器，此時(shí)我們用到PD控制器，即，為測(cè)量角度，為測(cè)量角速度，得到結(jié)果送給副控制器，副控制器中使用編碼器測(cè)量實(shí)際速度，這里使用的是PI控制器，副控制器計(jì)算公式為，為編碼器測(cè)得的實(shí)際速度值，為積分量，得到最后的輸出送給電機(jī)，當(dāng)角度變化時(shí)，比如抬頭，變小，使得減小，此時(shí)作為副控制器的設(shè)定值，使得最終輸出到電機(jī)的值減小。

3測(cè)試效果

不論車模在低速或高速狀態(tài)下，均可從直立切換成三輪形態(tài)，且車模運(yùn)行穩(wěn)定，具有良好的魯棒性，能夠在不同的速度和路況的情況下完成姿態(tài)轉(zhuǎn)變，能夠良好的完成比賽任務(wù)，并在競(jìng)賽中取得良好成績(jī)。

參考文獻(xiàn)

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