面向智能小車的自動(dòng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

摘要：針對PID智能小車的電機(jī)控制系統(tǒng)，本文提出了一種自動(dòng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了電源模塊、控制模塊等。并根據(jù)這樣的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成了相應(yīng)的軟件算法，通過對左右電機(jī)的控制完成了智能小車的調(diào)速控制。

關(guān)鍵詞：智能小車;電機(jī)調(diào)速系統(tǒng);PID;電源設(shè)計(jì)

在我們現(xiàn)在的社會(huì)，科技飛速發(fā)展，智能的東西屢見不鮮，比如，工農(nóng)業(yè)行業(yè)中應(yīng)用較廣泛的智能小車的調(diào)試系統(tǒng)。需求推動(dòng)進(jìn)步，以至于一些相對較復(fù)雜的算法也在實(shí)際生活中得到了實(shí)現(xiàn)。雖然有多種控制方式在智能小車的調(diào)試過程中得以應(yīng)用，但是大部分的控制方式都存在著兼容心不夠好，功率的不夠高以及器件的組成相對復(fù)雜等缺點(diǎn)。所以本文就智能PID的小車調(diào)速控制系統(tǒng)，結(jié)果得到了一系列優(yōu)良的性能，比如，實(shí)現(xiàn)了用精簡的電路精確和寬范圍的調(diào)速[1]。

智能小車是多學(xué)科知識的匯集，其中主要涉及電氣自動(dòng)化，計(jì)算機(jī)技術(shù)，傳感器，機(jī)械，控制等方面的知識;智能小車又名輪式移動(dòng)機(jī)器人，它不僅可以進(jìn)行環(huán)境感知，而且可以自主決策規(guī)劃以及駕駛實(shí)現(xiàn)自動(dòng)等功能?？萍荚诎l(fā)展。怎么樣才能夠讓智能小車實(shí)現(xiàn)更高的控制精度和更優(yōu)良的性能呢？所以說控制系統(tǒng)的重要性，科技相關(guān)性毋庸置疑。然而，以往的PID控制輪式移動(dòng)機(jī)器人的直流電機(jī)并不能這樣的科技需求[2]。

1.PID原理

在智能小車的應(yīng)用比較廣泛，所以眾多的控制方式也應(yīng)運(yùn)而生，唯有經(jīng)典的PID控制方式卻經(jīng)久不衰，這不僅得益于其穩(wěn)定的控制效果，而且具有適用性強(qiáng)，控制簡便，使用方便以及原理清晰的等優(yōu)點(diǎn)。智能小車應(yīng)用歷史悠久，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累和不斷的發(fā)展改進(jìn)使得經(jīng)典PID已經(jīng)相當(dāng)成熟，所以在此基礎(chǔ)上智能PID的產(chǎn)生和發(fā)展實(shí)現(xiàn)了突飛猛進(jìn)。如今隨著電子半導(dǎo)體技術(shù)的廣泛應(yīng)用，結(jié)合智能小車的控制系統(tǒng)，數(shù)字式PID應(yīng)運(yùn)而生。一般形式下的數(shù)字式PID： ⑴

e：誤差;kp：比例系數(shù)，如果想要提高響應(yīng)的速度，一定程度上減小靜態(tài)的誤差，可以通過改變kp來實(shí)現(xiàn)。但是如果沒有節(jié)制的改變kp也會(huì)帶來增大超調(diào)量和增加穩(wěn)定時(shí)間的問題;kI：其表示積分系數(shù)，與kp的作用相差無幾，但是，只有采用積分，才能使靜態(tài)誤差為零;KD：其表示微分系數(shù)，與kI的作用恰恰相反，通過調(diào)節(jié)KD可以有效地減小穩(wěn)定所用的時(shí)間和減小超調(diào)量。

如公式⑴所示的，我們一定要全面了解和考慮三個(gè)參數(shù)的情況，為了使系統(tǒng)能夠達(dá)到最基本的響應(yīng)速度和誤差，我們一般情況下會(huì)先將微分和積分系數(shù)假設(shè)為0，然后，調(diào)節(jié)合適的比例系數(shù)，同時(shí)比例系數(shù)也會(huì)使誤差為零，最終，添加微分系數(shù)。在進(jìn)行調(diào)試時(shí)，公式中所用到的三個(gè)參數(shù)都必須嚴(yán)格地根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行多次調(diào)試，只有這樣才會(huì)出現(xiàn)想要的結(jié)果。因?yàn)樵谡{(diào)試的過程中才確定參數(shù)，所以會(huì)出現(xiàn)控制對象不同，調(diào)試的結(jié)果也會(huì)不同的情況。

2.硬件電路設(shè)計(jì)

⑴對電源電路的設(shè)計(jì)

電源電路設(shè)計(jì)時(shí)，電源部分是通過使用電池來供電的，首先，可以提供6v的電壓供給舵機(jī)是lm2596—adj芯片，同時(shí)，基于公式VOUT=1.23*（1+RH/RL）也可以計(jì)算出輸出的電壓大概是6v。另外，一個(gè)5v電壓是在lm2596—5.0基礎(chǔ)上得到的，然后再流經(jīng)1117-3.3芯片，此過程可以降低5v的電壓到3.3v。這時(shí)候單片機(jī)要使用一個(gè)獨(dú)立的1117-3.3提供所需要的電壓。電路如圖1所示。

⑵對接口電路的設(shè)計(jì)

圖中我們看到的撥碼開關(guān)部分那樣，為了提高電位，我們通過排阻將撥碼上拉。然后再將一個(gè)NPN型的三極管接到了蜂鳴器部分，這樣，當(dāng)單片機(jī)的引腳電壓給高的時(shí)候就會(huì)導(dǎo)致蜂鳴器發(fā)生鳴叫。此外，我們也會(huì)根據(jù)采用的LCD的情況來空出合適的接口，這便是接口電路的LCD部分的情況。我們需要特別注意的是，USARTO接口是硬件電路部分需要預(yù)先留下來的串口。在USB轉(zhuǎn)串口模塊兒連接時(shí)，模塊兒TXD連接模塊兒RXD，同樣的，RXD也連接模塊兒TXD。

因?yàn)橹悄苄≤囁诘慕ㄖh(huán)境十分的復(fù)雜，所以就要求智能小車的控制系統(tǒng)不僅要有完善的功能，良好的性能，而且需要該控制系統(tǒng)具有較高的工作效率和較穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)特性?？紤]了眾多的直流電機(jī)調(diào)速法，決定采用PWM方式對直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，這是因?yàn)樵撜{(diào)速方式具備電源功率因數(shù)和頻率高，頻帶帶寬相對寬，電流的脈動(dòng)比較小以及校正瞬態(tài)負(fù)載擾動(dòng)能力強(qiáng)等突出的優(yōu)點(diǎn)。之后，測速模塊產(chǎn)生的方波將被輸入到74hc74里，在這里面電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向是通過D觸發(fā)器來得到的。留兩路PWM來控制兩路電機(jī)，而且，由電池直接供電給電機(jī)。于此同時(shí)，預(yù)留的接口可能會(huì)出現(xiàn)一些意想不到的異常，所以就會(huì)多預(yù)留幾個(gè)以防不便。

3.程序設(shè)計(jì)

根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)，完成程序如下。

voidPIT_init（void）//定時(shí)中斷初始化PIT/ISR通道

{

pit_init_ms（PIT0，10）;

set_vector_handler（PIT_VECTORn，PIT_IRQHandler）;

enable_irq（PIT_IRQn）;

}

voidPULSE_init（void）//測速

{

tpm_pulse_init（TPM2，TPM_CLKIN1，TPM_PS_1）;//左電機(jī)

lptmr_pulse_init（LPT0_ALT2，0XFFFF，LPT_Rising）;//右電機(jī)

}

總結(jié)

針對智能小車車速控制的問題，本文提出了一種通過左右電機(jī)差速控制的自動(dòng)電機(jī)調(diào)節(jié)模塊，并且為其設(shè)計(jì)了電源模塊、控制模塊等。在完成了硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，完成了軟件程序的設(shè)計(jì)。綜上所述，本模塊可有效應(yīng)用于智能小車車速調(diào)節(jié)。

參考文獻(xiàn)

[1]韓毅，楊天.基于HCS12單片機(jī)的智能尋跡模型車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2008，⒅：4736-4739

[2]李晨，宓超.基于飛思卡爾單片機(jī)MC9S12XS128的智能車設(shè)計(jì)[J].上海海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，⑴：82-84

作者簡介：于璦雯（1999-）女，河北滄州人，本科，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)日語強(qiáng)化專業(yè)