基于PID控制算法的智能小車設(shè)計方案

　　式中：U為電樞端電壓;I為電樞電流;R為電樞電路中電阻;φ為每級磁通量;K為電動機結(jié)構(gòu)參數(shù)。

　　由式(1)可知，直流電動機的轉(zhuǎn)速控制方法可以分為兩大類：對勵磁磁通進行控制的勵磁控制法和對電樞電壓進行控制的電樞控制法?，F(xiàn)在大多數(shù)應(yīng)用場合都使用電樞電壓控制法，本設(shè)計采用的是在保證勵磁恒定不變的情況下，采用PWM來實現(xiàn)直流電動機的調(diào)速方法。

　　電動機的電樞繞組兩端的電壓平均值U。為：

　　式中：占空比D表示在一個周期T里開關(guān)導(dǎo)通的時間與周期的比值，D的變化范圍為0≤D≤1。由式(2)可知，當(dāng)電源電壓Us不變的情況下，電樞兩端電壓的平均值Uo取決于占空比D的大小，改變D值也就改變了電樞兩端電壓的平均值，從而達到控制電動機轉(zhuǎn)速的目的，即實現(xiàn)PWM調(diào)制。

　　為了便于取材和設(shè)計方便，此次設(shè)計選擇了飛思卡爾半導(dǎo)體公司的PC33886。PC33886在PWM調(diào)速模式驅(qū)動下可以接受20 kHz的工作頻率;具有過熱、過流、短路保護，并且通過一條反饋線將器件的工作狀態(tài)反饋給單片機。

　　4.2 舵機控制

　　舵機控制程序流程圖如圖4所示。

　　車模在行駛過程中不斷采樣路況信息，并通過分析車模與賽道相對位置判斷車模所處路況，計算轉(zhuǎn)彎半徑。所有舵機標(biāo)準PWM周期為20 ms，轉(zhuǎn)動角度最大為90°，當(dāng)給舵機輸入脈寬為0.5 ms，即占空比為O.5/20=2.5%的調(diào)制波時，舵機右轉(zhuǎn)90°?？梢酝茖?dǎo)出轉(zhuǎn)動角度與脈寬的關(guān)系計算公式為：

　　t=1.5±θ/90

　　式中：t為正脈沖寬度，單位：ms;θ為轉(zhuǎn)動角度;當(dāng)左轉(zhuǎn)時取加法計算，右轉(zhuǎn)時取減法計算。

　　在具體操作中PWM調(diào)制波的周期可以設(shè)置在20 ms左右一定范圍內(nèi)均可以使舵機正常轉(zhuǎn)動，經(jīng)反復(fù)測試最終把輸出PWM調(diào)制波周期設(shè)為13 ms。

　　運行電機的轉(zhuǎn)速以及舵機的轉(zhuǎn)角，在軟件上都是通過對PWM波占空比進行設(shè)置來相應(yīng)控制的。

　　5 電源模塊

　　電機驅(qū)動系統(tǒng)要求大功率的電源供應(yīng)：低內(nèi)阻、大電流、對電源的紋波不敏感;單片機和圖像采集系統(tǒng)對電源質(zhì)量要求較高：低內(nèi)阻、波紋小、自身功耗不大，但要嚴防電動機在工作時產(chǎn)生的干擾。供電系統(tǒng)框圖如圖5所示。

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