智能車不同姿態運行狀態下的速度控制算法

張允碩 甄海鋒 姜正義

摘要：全國大學生智能車競賽中，三輪組要求車模以水平和直立兩種姿態運行，由于直立要求車模質量均衡，而切換到水平狀態下容易前輪抬起，傳統的控制算法難以滿足比賽要求。針對此問題，本文提出一種角度、速度串級控制算法，使車模抬起角度對速度產生抑制，實現水平姿態的穩定運行，實驗結果表明，該算法及控制策略對車模角度控制非常有效，在保證水平姿態高速狀態下仍可保持前輪貼地運行。

關鍵詞：智能車;串級控制;姿態切換

問題引出

高度智能化的無人駕駛技術，是智能汽車研究熱點。為了提高汽車在自動駕駛過程中魯棒性要求，在最新一屆的智能車競賽中，提出要求將直立車模可以在直立和水平狀態下任意切換運行。競賽中，要求智能車能識別出斷路區并迅速切換運行姿態，并在下一次斷路區內切換回來，賽道中間有坡道元素，最終以用時最短的隊伍獲勝。

1速度控制算法設計

本文以恩智浦公司在“全國大學生智能汽車競賽”中指定的D型車模為研究對象。該車模參數為：車長30cm，車寬25cm，車高15cm，車重約863g，用電感檢測賽道中的銅線電流大小為100mA，頻率為20kHz，波形為方波的電流變化。

在車模直立運行過程中，直立與速度實現串級控制，將速度環PID控制器計算輸出作為直立環輸入偏差，直立環PID控制器輸出PWM到電機，使車模維持一定角度前進，由此得到啟發，當車模以水平狀態運行時，將車模運行零點置零，即水平貼地狀態時零點，將直立環PID控制器輸出作為速度環偏差輸入，車模運行過程中如果角度有抬起，則直立環輸出為負，使速度環輸出減小，車模減速，獲得向后的加速度，車模繼續以水平狀態前進。

2控制過程

當我們設定一個速度值，此時由陀螺儀測得當前角度值加上設定值送給角度PID控制器，此時我們用到PD控制器，即，為測量角度，為測量角速度，得到結果送給副控制器，副控制器中使用編碼器測量實際速度，這里使用的是PI控制器，副控制器計算公式為，為編碼器測得的實際速度值，為積分量，得到最后的輸出送給電機，當角度變化時，比如抬頭，變小，使得減小，此時作為副控制器的設定值，使得最終輸出到電機的值減小。

3測試效果

不論車模在低速或高速狀態下，均可從直立切換成三輪形態，且車模運行穩定，具有良好的魯棒性，能夠在不同的速度和路況的情況下完成姿態轉變，能夠良好的完成比賽任務，并在競賽中取得良好成績。

參考文獻

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