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智能车速度控制系统设计与实现

作者:常晓军时间:2009-07-09来源:电子产品世界收藏

  根据实验数据可以确定车速执行器系统的零点和增益。车速V与占空比PWM_Ratio的关系见公式1:

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/96106.htm

  V = PWM_Ratio×402 + 22000 (1)

  其中:PWM_Ratio的取值范围为0-65535

  车模减速有三种方法:自由减速、能耗制动和反接制动。自由减速动力来自摩擦阻力,基本认为恒定。能耗制动是将能量消耗到电机内阻上,制动力随着车速的降低而降低,也可通过控制使加速度减小得更快。反接制动通过反加电压实现,制动力与所加的反向电压有关。

  由于轮胎抓地力有限,制动力超过一定值后会发生轮胎打滑的情况。一旦发生打滑,会使刹车距离变长,过弯半径变大。如果能使刹车力始终控制在临界打滑点上,则可以获得最短的刹车距离。在这三种减速方法中,只有反接制动可以根据不同的车速给出不同的反接刹车力,让车速以最大斜率下降。因此,通过大量实验测定出不打滑的最高刹车电压,最高不打滑划占空比约为55000。因为不同赛道会有差异,在编程时留有了余量。以震荡作为识别车模在刹车时是否打滑的标志。可以分取几个典型的车速,让车模在直道上加到预设的速度,然后分别用一组反接电压进行反接制动,观察并记录最高不打滑的刹车电压。这样,每个典型车速都得到一个对应的最大刹车电压。将最大不打滑反接电压与车速对比后,发现最大不打滑反接电压与车速成比例关系。考虑直流电机的模型,外部电压加到电机电枢上时,电机转子开始转动,产生反电势,此电压与车速成正比例关系。当转子上产生的反电势等于外加电压后,电机速度达到稳态。因此,反接制动电压减去电机产生的反电势之后剩下的电压部分才是用于减速的。在车模要减速的时候,可以先通过当前车速计算出转子的反电势,然后在这个基础上再叠加一个反接制动电压,送到执行器上。

  车模前进的阻力主要分为地面滑动摩擦力和风阻,车模在行驶过程中质量保持恒定不变。在车速较低的情况下,风阻也可认为是恒值。结合以上实验数据和推理可知,车速模型的主要部分为一阶惯性环节。

  速度控制策略

  经分析,赛道大致分为直道,90度和90度以上的弯道和S形弯道等类型,要想在不同道路上发挥出最大速度,关键问题是如何判断出道路的情况,以下是几种道路的判断条件和通过策略。

  a. 直道的判断条件和通过策略

  当小车在中间三个光电管的检测范围内检测到黑线,则认为小车行驶在直道上,满足直道的条件就使小车加速,直至加到某个较大的值时满足刹车的条件。如果连续几十个周期都检测到了黑线,说明小车行驶在长直道上,而转弯时需要刹车。

  直道最高限速度是赛车从长直道入弯时不冲出弯道的最高速度,小车行驶时不能高于这个速度。当然,刹车越及时,越灵敏,则直道上速度就可以越大。实验得到约为55000(对应PWM的占空比)。



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