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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 快速智能車的設(shè)計(jì)及其算法的優(yōu)化
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 現(xiàn)如今，快速循跡智能車在大學(xué)科技作品中非常流行，基于各種原理的智能車在各種比賽中層出不窮，這些車都是基于微處理器控制的，這就使得車的性能與控制算法密切相關(guān)。通過本次研究，我們會(huì)研制出一種更優(yōu)化的智能車外形，并且對(duì)其中的算法進(jìn)行優(yōu)化，使其能在同類產(chǎn)品中獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品分兩部分，第一部分為硬件的設(shè)計(jì)，第二部分為軟件算法。 硬件部分 傳感器部分采用紅外發(fā)射管和紅外接收管來采集跑道的信息，傳感器到前軸的距離L1與前軸到后軸的距離L2之比 L1:L2 = 1.2 : 1 這個(gè)比例是綜合車的動(dòng)力性與控制的平穩(wěn)性后，最終選擇的最佳比例。 電機(jī)部分采用輕型直流馬達(dá)，這種馬達(dá)專為競(jìng)速的賽車設(shè)計(jì)，重量輕，速度快。 硬件電路方面，本系統(tǒng)以瑞薩 H8/3048F-ONE 單片機(jī)為核心，該款單片機(jī)是瑞薩公司專為動(dòng)力控制系統(tǒng)所設(shè)計(jì)，其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。 軟件部分 本系統(tǒng)采用了模糊算法與PID算法（比例積分控制）相結(jié)合的控制。 模糊算法主要是在直道部分運(yùn)用，當(dāng)傳感器檢測(cè)到賽車偏離跑道中心線后，會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)控制賽車向賽道中心方向轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度，這個(gè)角度是根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得到的一個(gè)模糊的值，所以稱這種算法為模糊算法。 而在彎道部分，本系統(tǒng)采用了PID算法，在控制過程中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進(jìn)行控制的PID算法是應(yīng)用最為廣泛的一種自動(dòng)控制算法。它具有原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相對(duì)獨(dú)立，參數(shù)的選擇比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；而且在理論上可以證明，對(duì)于“一階滯后+純滯后”（本系統(tǒng)屬于一階滯后+純滯后）、“二階滯后+純滯后”的控制對(duì)象，PID算法是一種最優(yōu)的算法。 在PID算法中，首先需要采集大量的數(shù)據(jù)，這也是我們工作量較大的地方之一，在采集完大量數(shù)據(jù)之后，我們利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后確定單片機(jī)控制程序。 本系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試后，速度可以達(dá)到約3M/s，在“瑞薩超級(jí)MCU模擬車挑戰(zhàn)賽”上，單圈時(shí)間為15.7s，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本項(xiàng)目所研究的智能車控制系統(tǒng)可以分為兩個(gè)大的子控制系統(tǒng)，它們分別是方向控制系統(tǒng)和速度控制系統(tǒng)。方向控制系統(tǒng)能使智能車沿著導(dǎo)引白線行駛而不偏移， 速度控制能使智能車在直道上加速行駛而在入彎時(shí)剎車減速以盡量提高行駛速度和避免因入彎速度過快而造成的沖出跑道。主要包括主控制、電源管理、路徑識(shí)別、轉(zhuǎn)向舵機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、車速檢測(cè)六大模塊組成。智能車安裝包括電池部分的安裝，舵機(jī)的安裝，傳感器的安裝以及車速檢測(cè)模塊的安裝。 采用PID算法與模糊算法相結(jié)合的程序算法，使得小車運(yùn)行更平穩(wěn)。 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于瑞薩 H8/3048F-ONE 單片機(jī)為核心的智能車，智能車通過 8個(gè)紅外傳感器接收賽道信息，通過A/D轉(zhuǎn)換器將信息傳給主控制模塊，若賽道信息有變化，主控模塊根據(jù)當(dāng)前智能車所處的狀況運(yùn)用方向控制算法和速度控制算法分別對(duì)智能車方向和速度進(jìn)行分析，通過改變舵機(jī)和電機(jī) PWM 占空比的方法來改變智能車的方向和速度。同時(shí)智能車還采用一個(gè)編碼盤和紅外接收器的方式在智能車后軸部分進(jìn)行測(cè)速，通過bang-bang 控制對(duì)智能車車速進(jìn)行控制，車速檢測(cè)設(shè)備是紅外傳感器的補(bǔ)充，兩者聯(lián)合起到達(dá)到控制車速的目的?？梢詫?shí)現(xiàn)智能車系統(tǒng)穩(wěn)定，能夠快速穩(wěn)定的尋白線行駛，且速度響應(yīng)時(shí)間快，穩(wěn)態(tài)誤差小，抗干擾能力強(qiáng)，最高車速可以達(dá)到 3M/S左右。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1、采用現(xiàn)階段比較流行的PID算法 2、主控芯片采用專門用于運(yùn)動(dòng)控制的瑞薩H8/3048F-ONE單片機(jī) 3、本系統(tǒng)可對(duì)智能車未來的發(fā)展產(chǎn)生指導(dǎo)作用
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 在2011年5月參加哈爾濱工程大學(xué)團(tuán)委主辦的五四杯學(xué)生科技作品競(jìng)賽，在哈爾濱工程大學(xué)啟航陽光大廳進(jìn)行評(píng)比及展覽，最終獲得該比賽的二等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 作者保留作品的商業(yè)價(jià)值，如果有機(jī)構(gòu)欲進(jìn)行學(xué)術(shù)研究，可與作者聯(lián)系，作者會(huì)酌情將關(guān)鍵技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
作品可展示的形式
- 視頻及現(xiàn)場(chǎng)展示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本系統(tǒng)可應(yīng)用在民用或者軍事領(lǐng)域。用于人類不可到達(dá)的區(qū)域的探測(cè)。也可用于國內(nèi)各種智能車競(jìng)速比賽，例如robocup、瑞薩智能車挑戰(zhàn)賽等。
同類課題研究水平概述
- 目前國內(nèi)外的智能車比較成熟，但大部分采用了閉環(huán)控制算法，與本系統(tǒng)的算法有所不同。
