摘要以KinetisK60作为核心控制部件，完成了光电导引自平衡车控制算法的设计。根据系统基本组成结构和工作原理，对两轮自平衡智能车进行了数学建模，包括：电机驱动系统建模、车体动力学建模。采用卡尔曼滤波算法，对加速度计和陀螺仪输出数据进行处理。借鉴倒立摆平衡控制原理，采用PD控制算法实现车体直立控制。设计了模糊控制算法用于车体平移速度控制，设计了分段式PI控制算法对电机转速进行闭环控制。根据线性CCD的工作原理，设计了赛道中心提取算法。此外，在MATLAB环境下，对上述控制算法进行了仿真实验验证。最后，将设计的各类控制算法在实际智能车系统上进行了测试，测试结果表明所设计的控制算法能够保证系统运行稳定。32313
毕业论文关键词:自平衡,建模,滤波,控制算法
Title Design and Implementation of Intelligent Vehicle for the 10th Freescale Cup——Control Algorithms Design of Photoelectricity- guided Self-Balance Vehicle under the Control of the Guiding Beacon Abstract Based on the tenth National Undergraduate Students “Freescale Cup” Intelligent Car Competition, the control algorithms of a photoelectricity-guided self-balance vehicle under the control of beacon are designed by using a microcontroller called KinetisK60.According to the basic composition and operating principle of the system, the mathmetic model is designed for the two-wheeled self-balance car’moving posture, including wheel drive model and dynamic model using newton method. By using Kalman filter to deal with the measured value of accelerator and gyroscope, the vertical control is completed using fuzzy-PD algorithm on the basis of inverted pendulum’s equilibrium principle. The segment-PI speed control algorithm and closed-loop control for the electrical machine are realized. Furthermore, central lines extraction algorithm for the track is achieved with the linear charge-coupled device. Finally, the algorithms used in the vehicle are simulated and debugged by MATLAB. Keywords self-balance dynamic model filter control algorithms
目次
1引言.1
1.1课题研究背景及意义.1
1.2国内外研究现状.2
1.3“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛简介.3
1.4本文主要研究内容.4
2光电导引自平衡车控制系统总体设计.5
2.1系统设计要求.5
2.2系统组成模块.5
2.3系统工作原理.6
2.4系统控制框图.7
2.5本章小结8
3光电导引自平衡车控制系统建模.9
3.1自平衡车电机驱动系统建模.9
3.2自平衡车车体建模14
3.3自平衡车稳定性和能控性仿真分析20
3.4本章小结20
4光电导引自平衡车直立控制算法设计21
4.1车体直立平衡原理21
4.2车体倾角及角速度测量22
4.3滤波算法设计23
4.4本章小结26
5光电导引自平衡车速度控制算法设计27
5.1车体平移速度控制原理分析27
5.2车体平移速度模糊控制算法设计27
5.3电机转速闭环控制33
5.4本章小结34
6光电导引自平衡车方向控制算法设计35
6.1基于线性CCD的赛道信息采集原理简介35
6.2方向控制算法设计35
6.3本章小结38
结论.39
致谢.40
参考文献41
附录A光电自平衡车实物.43
附录B光电自平衡车直立调试.44
1 引言
1.1 课题研究背景及意义 随着科学技术的发展，汽车行业越来越多地进入到人们的生活中，相继而来的是道路交通的麻烦，尤其是堵塞问题和安全问题，交通环境趋于恶化。为了解决这个难题，现代汽车及其相关行业做出了很多努力。利用先进的电子科技技术，如传感器探测、图像处理等，在传统汽车上装备信息探测传感器、信息接收发送器、远程信息处理器，利用无线传输获取前方的交通信息，给驾驶员提供有效的信息，引导车辆自主选择最优路径，提高道路行车的效率，从而是汽车在一定程度上实现自主前进，减轻驾驶员的脑力和身体负担，缓解交通压力。 智能汽车是通过自主调节技术和电子数字化技术实现一定程度上能够自主行驶的车辆，即最终完成自行前进的汽车[17]。目前，智能汽车技术在普遍意义上分为三个层面。其中，最高层次的“高度智能化的无人驾驶技术” ，是通过车载传感器采集道路信息和车身周边信息，利用处理器对收集的信息分析计算，自动选择最佳行车路线到达目的地，同时根据交通管理系统下达的交通指示，代替驾驶员对车辆进行操作[2]。 无人驾驶技术将极大地解决道路交通问题，同时能够高效快速地运转汽车行驶，高度智能的无人驾驶汽车还能够尽量避免突发情况造成的伤害。 两轮自平衡车是智能汽车的一个应用， 它的左右两轮平行放置，结构类似于倒立摆模型。利用车载的传感器，来检测并调度车模直立。自平衡电动车作为新兴的代步工具，越来越多地进入人们的视野，其优点在于简单便携、节能环保、操作灵活，在道路拥堵的当今社会，有很大的发展空间和前景。本课题以第十届“飞思卡尔”杯智能车大赛为基础，参赛选手要了解光电方式下的自平衡车系统整体组成结构与工作原理， 并对其提出控制算法、软硬件结合、调试仿真，对智能小车进行深层次的全面的研究。智能车的发展前景十分可观，因此本课题的研究极具意义。 MATLAB灯塔控制方式下的光电导引自平衡车控制算法设计:http://www.751com.cn/zidonghua/lunwen_28830.html