七面鸟队技术报告(节选)

　　超声波放置位置

　　超声波置于前瞻上，其与车身的连接需要有较好的刚度，这样才能保证与陀螺仪采集到的信息同步，以避免直立控制自激。如图2所示。　　

 

　　软件开发

　　1. 车模直立控制算法

　　直立控制采用了PD算法。我们使用超声波模块来获取当前前瞻距离地面的高度，进而得到车模偏离平衡位置的倾角，我们设定一个车模平衡时刻的车模前瞻距离地面的高度，记作变量Degree Distance MID，当车模偏离这个平衡位置时，根据当前状态与平衡位置状态的偏差量(Degree Distance MID-Degree Distance) 给电机合适的PWM值，给小车一定的加速度来控制小车的平衡。现在我们来叙述我们使用超声波模块而不适用加速度计的原因，如果使用加速度计融合陀螺仪，陀螺仪存在微小的温漂，但是随着积分运算，误差会被放大，甚至达到饱和，必须要用加速度计矫正，这样的积分运算在一定程度上会有滞后性，而使用超声波融合陀螺仪控制直立，超声波返回值可以直接作为偏离角，陀螺仪只需要用作计算差分控制量，并没有积分运算，在不是很长的时间内，陀螺仪微小的漂移量可以忽略。

　　直立控制算法流程如下：

　　1. 获得前瞻距离地面高度，记作Degree Distance MID;
　　2. 计算与平衡位置的偏差值，Degree Distance MID - Degree Distance;
　　3. 获取水平陀螺仪测得的车模直立方向转动的角速度，gyro – gyroMID;
　　4. 计算直立控制电机的控制量，Control Speed =
     　　STAND P * ( Degree Distance-Degree Distance MID ) - STAND D * ( gyro -gyroMID ) ;
　　5. 将直立控制量分别加入左右轮电机的PWM。

　　2. 车模速度控制算法

　　速度控制采用了PI算法，我们没有将速度控制量直接加到电机的PWM中，在实验中发现，若采用直接加PWM的控制方案，直立控制太强，则会导致加速太慢，速度控制太强，则会导致车模运行不稳定，直立方向容易引起震荡。因此我们直接将速度控制量乘上一个比例系数后直接叠加到平衡位置的状态量Degree Distance MID中，以此作为目标倾角，记作test MID，这样的方案能够协调平衡与加速的问题。

　　3. 车模转弯控制算法

　　由于时间所限，以及直立车模受车模前瞻电感数量的影响较大，加之先前曾经尝试过的根据计算赛道导线斜率的算法并不理想，我们最终仅仅使用了前面三个纵向排布的电感，利用PD算法。假设三个电感从左至右分别为DCL,DCM,DCR，用位置式(DCL-DCR)/(DCL+DCR)，中间电感DCM 的作用是判断车模偏离赛道中心的程度，来对转弯的进行分段P控制，当车模偏离赛道中心较近时，给一个较小的P，当偏离赛道中心较远的时候给一个较大的P，这样车模在偏离赛道中心较近的时候能够运行得比较平滑，当车模偏离赛道中心线较远的时候能够及时回到赛道中心。

　　参考文献
　　[1] Inc F S. MCF52259 ColdFire(R) Integrated Microcontroller Reference Manua. 2011
　　[2] Inc F S. MCF52259 ColdFire Microcontroller Technical Data. 2011
　　[3] 竞赛秘书处. 电磁组直立行车参考设计方案[R]. 2012
　　[4] 竞赛秘书处. 电磁组路径检测设计参考方案[R]. 2010
　　[5] 同济大学益驰队. 三电感位移算法[R]. 2012
　　[6] 东南大学至善队. 东南大学“至善”队技术报告[R]. 2011