Cyberdragon队智能车技术报告

　　电磁设计

　　电磁导引智能车，主要包括电磁导引信号获取、起止线检测、控制算法三方面，此外，为使智能车拥有更好的性能还对车模进行了一些调整。

　　电磁导引信号获取

　　本设计中电磁信号获取包括了两部分：

　　1. 探头部分，本设计中使用工字型电感作为探头，利用它开放的磁芯作为感知交变磁场的媒介，为加强其抗噪性能，选取合适的电感与其串联组成谐振频率与信号频率一致的LC振荡回路。

　　2. 信号放大部分，本设计中使用两级级联的运放电路作为信号放大部分，两级放大电路均为带通放大，参数一致，都具有10倍的增益、20kHz的中心频率、4kHz的带宽以及2.5V的偏置电压。

　　起止线检测

　　考虑到起止线上会埋设表面磁场达上千高斯的磁钢，本设计中的起止线检测采用霍尔元件，为适应不同磁极，选型时选择的是全极型霍尔元件。 此外，为了方便控制算法的实现，与节省单片机资源，设计中使用开关霍尔，利用外部中断方式检测起止线。

　　控制算法

　　舵机控制采用P控制，为了加强信号可靠性，减小电机运作时反电动势及噪声的影响，对采样信号进行了软件滤波处理，通过去除最大最小值消除信号毛刺，通过取平均值的方法消减小波的影响。 本设计中使用PID算法作为速度控制算法，通过光电编码器实现速度反馈。

　　在通过实验确定各项系数后，又在普通PID算法的基础上做出了改良，引入了开环初始值：在实际速度与期望速度相差很大时不使用PID算法，而是直接通过事先标定的开环值对速度进行调整，然后再采用PID算法进行调节，最后达预期速度。

　　车模调整

　　为了加快车模转向响应，设计中对车模上舵机的传动连杆进行了加长，使响应速度提高了30%。由于连杆的加长，舵机安装方式也做出了相应改变，由卧式改为立式。 除此之外，还对车模进行了一些小的调校，包括主销内倾角、主销后倾、后轮差速机构等。

　　硬件系统方案设计

　　此智能车通过电磁传感器采集铺设在赛道上的导线中携带的20kHz交变电流的磁场，并以此为依据进行车体控制，利用适当的控制算法让智能车达到沿导线前进的目的。控制算法主要包括两方面：用于驱动智能车前进的电机控制和用于控制智能车转向的舵机控制。赛车结构示意简图如图1。

　　软件系统方案设计

　　有了硬件架构之后，必须要有一套合适的算法才能发挥出硬件的潜力。在一个控制周期中大致需要完成以下几个步骤：首先是信号采样，然后是一些有软件实现的信号处理，诸如滤波等。之后根据信号来对车辆进行控制，控制包括转向舵机和驱动电机两部分。舵机控制是根据信号直接确定的，对电机的控制则是只给出一个期望速度，由当前速度到期望速度的变化过程由更为底层的控制程序来完成。程序流程简图如图2 。

　　软件算法的编写必须根据硬件条件，再好的算法如果跟硬件不兼容的话也是徒劳的，调试的过程就是让其不断适应现有硬件的过程，智能车竞赛追求的不是最完美的程序而是最适合当前硬件的程序。