作者/ 陶佳 广东省技师学院(广东 惠州 516100)
陶佳(1986-)，男，讲师，研讨方向：智能操控工程，无线通信技能。
摘要：本文要点介绍了依据光电主动寻线智能车的速度操控体系的规划，包括直流电机的驱动模块、速度检测模块、速度操控战略、速度操控周期等部分。选用两片MC33886芯片来驱动电机运转，用反射式红外对管检测电机速度，完结对电机的闭环操控，经过很多的试验，终究速度操控战略选用了增量式PID操控和BangBang操控相结合的办法，并立异性地运用两个中止相结合的办法使得速度操控周期为等时的，然后对智能车过弯速度到达杰出的操控。
导言
在智能车制造中，运用ATmega16 单片机作为中心操控单元，以摄像头为途径辨认传感器，别离规划操控体系，使得模型轿车可以主动精确地依照规则的椭圆道路行进，速度操控是智能车操控体系最中心的部分之一，本文就怎么规划智能车速度操控体系做了具体介绍。
智能车速度操控体系包括电机驱动模块，速度检测模块，速度操控战略，速度操控周期等，如图1所示：
1 电机驱动模块
体系所用电机是RS-380类型的直流电动机，其额外作业电压为7.2V，能输出0.9～40W的功率。运用两片MC33886芯片并联来驱动电机，其间MC33886为H桥式电源开关IC，该 %&&&&&%结合内部操控逻辑、电荷泵、栅极驱动器、MOSFET输出电路，可作业在5~40V电压规模内。经过PWM信号调理输出，然后调理电机转速，PWM的操控频率为1KHz，PWM23可用于正转操控，PWM45可用于回转操控，OUT1和OUT2接于直流电机上，用来完结在直道时快速加快，弯道完结回转刹车来快速减速。电路图如图2所示。
2 速度检测模块
2.1 速度检测硬件
直流电机的速度的检测计划是：用MATLAB克己黑白相间且均匀等分的编码盘，如图3(a)所示。将编码盘黏贴于圆盘上，当圆盘跟着齿轮滚动时，运用反射式红外对管ST188接纳强弱替换改变的反射光，再经过I/O口将凹凸脉冲电平传给单片机的输入捕捉中止中进行核算。克己测速装配图和速度检测模块原理图别离如图3(b)和如图3(c)所示。
该计划具有本钱低价、制造简单、负荷小的长处，合作单片机的输入捕捉功用可以完结高精度的速度收集。
2.2 速度的核算
计划中的数字测速的核算办法是选用T法。T法是指在两个相邻的输入脉冲的间隔时刻T内，用一个计数器对高频基准信号的脉冲数进行计数，由计数值来核算转速，原理图如图4所示。
核算公式推导：规划码盘格数为40，旋转一周能发生20个脉冲。高频基准信号是经过对体系时钟128分频取得，实践频率f0=24M/128=187.5KHz。在T法测速中，测速时刻T是用计数器所得的基准 信号脉冲个数M2来核算的，即T=M2/f0，对应后轮转速为：n=2/ZT=2f0/ZM2，经丈量小车的后轮周长为17cm，所以小车速度的核算公式如式(1)所示：
(1)
3 速度操控战略
3.1 增量式 PID 操控[2]
本计划选用增量式PID来使智能车可以匀速安稳地行进，增量式PID的速度检测信号M2高频基准信号T核算公式如式(2)所示：
(2)
其间，un为当时输出增量;un-1为上一次输出增量;Kp为份额增益;
为积分系数;
为微分系数;T为采样周期;TI为积分周期;TD为微分周期;en为第n次差错，en-1第n-1次差错。
3.2 BangBang 操控
BangBang 操控的思维是：界说速度差错en为给定速度减去反应速度，当en大于设定值 ek时，就强制输出一个最大值umax;反之，假如速度差错en小于设定值(-ek)时，就强制输出一个最小值umax，在速度差错较大时，Bang_Bang调理比PID调理响应速度更快、更及时。核算公式如式3所示。式中en为给定速度减去反应速度的差值。
(3)
3.3 增量式 PID 操控合作 BangBang 操控
为了完结，在赛道曲率改变不大时且智能车高速匀速安稳行进，选用增量式PID操控。在从直道行进入弯道时，智能车可以很快地回转刹车，下降速度，然后杰出经过弯道;在弯道进入直道时，智能车可以很快地进步速度，以高速在直道上行进。咱们选用的速度操控战略是增量式 PID 操控合作 Bang_Bang 操控，当给定速度与反应速度相差不大时，选用增量式 PID 操控，当给定速度与反应速度相差较大时， 选用 Bang_Bang 操控，核算公式如式 4 所示：
(4)
4 速度操控周期
选用的操控周期计划是：
测速程序是经过单片机的输入捕捉中止来完结的，即车轮每转一周(0.17m)，将发生 20 次中止，在这20次中止过程中，能运转20次的速度检测，假如依照均匀车速 1.8m/s 核算的话，那么每一次输入捕捉中止的时刻为：0.17/(18×20)=4.7ms，也便是每隔4.7ms得到一个反应速度。
速度操控程序是指单片机每隔必守时刻(如10ms)依据给定的速度和反应速度进行速度的闭环操控。反应速度是经过上面的输入捕捉中止办法读取，给定速度经过查询办法取得。速度操控程序在守时中止程序中履行，而守时中止是经过模数递减计数器来完结的。
这样程序在运转中存在两个中止，而且输入捕捉中止优先级高于模数递减计数器的守时中止。输入捕捉的频率为守时中止的两倍，这样，每履行一次守时中止，反应速度有两个值，因为两个值的时刻间隔比较短，取前一次的值代表当时速度，而且测速程序履行所占有的时刻极短，因而输入捕捉中止对速度操控程序的影响不大。
等时操控是指操控程序每隔必守时刻履行一次，等距操控是指操控程序每隔必定的间隔履行一 次，因为操控周期不受车速操控，所以等时操控优于等距操控。计划一选用克己的用反射式红外对管测速，价格便宜，但操控周期是等时的;计划二选用旋转编码器测速，价格昂贵，但测速精度相对高，操控周期是等时的。咱们的计划用反射式红外对管测速，价格便宜，操控周期是等时的。电机速度操控的流程图如图5所示。
5 仿真成果
图6为已制造完结的智能车什物相片，咱们在克己的跑道进步行了实践测验，得出以下试验成果：获取了一组比较好的PID参数，KP=50，KI=3，KD=4，在该参数下，智能车可以得到较快、较好且平稳的速度。当速度差错en(给定速度减去反应速度的差值)大于70cm/s时 ，电机驱动输出un为90%的占空比;当速度差错en(给定速度减去反应速度的差值)小于-70cm/s时，电机驱动输出un为10%的占空比。在PID和BangBang 操控下速度改变规模较大，完结了快速加快，快速刹车。
6 定论
经过很多的试验调试，智能车在依据两片MC33886并联组成的驱动上，可以完结杰出的电机正转和回转操控。经过运用反射式红外管可以比较安稳和精确地检测速度，核算速度。用于测速的输入捕捉中止 和用于速度操控守时中止两个相结合可以很好地完结操控周期等时。运用的PID和BangBang的结合的操控战略，经过不断调试，挑选合理的参数，完结了智能车依据途径辨认来闭环调理速度，在赛道曲率改变不大时的匀速行进，在赛道曲率骤变时的速度急增急减的作用，而且智可以使智能车长时刻的杰出运转，印证了该办法的牢靠和有用。
参考文献：
[1]卓晴,黄开胜,邵贝贝.学做智能车——应战“飞思卡尔”杯[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.
[2]邵贝贝.单片机嵌入式使用的在线开发办法[M].北京:清华大学出版社,2004.
[3]王威.HCS12微操控器原理及使用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.
[4]马潮.AVR单片机嵌入式体系原理与使用实践[M].北京:北京航空航天大学出版社.2007.
本文来源于《电子产品世界》2017年第9期第46页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
