七面鳥隊技術報告(節選)

　　超聲波放置位置

　　超聲波置于前瞻上，其與車身的連接需要有較好的剛度，這樣才能保證與陀螺儀采集到的信息同步，以避免直立控制自激。如圖2所示。　　

 

　　軟件開發

　　1. 車模直立控制算法

　　直立控制采用了PD算法。我們使用超聲波模塊來獲取當前前瞻距離地面的高度，進而得到車模偏離平衡位置的傾角，我們設定一個車模平衡時刻的車模前瞻距離地面的高度，記作變量Degree Distance MID，當車模偏離這個平衡位置時，根據當前狀態與平衡位置狀態的偏差量(Degree Distance MID-Degree Distance) 給電機合適的PWM值，給小車一定的加速度來控制小車的平衡。現在我們來敘述我們使用超聲波模塊而不適用加速度計的原因，如果使用加速度計融合陀螺儀，陀螺儀存在微小的溫漂，但是隨著積分運算，誤差會被放大，甚至達到飽和，必須要用加速度計矯正，這樣的積分運算在一定程度上會有滯后性，而使用超聲波融合陀螺儀控制直立，超聲波返回值可以直接作為偏離角，陀螺儀只需要用作計算差分控制量，并沒有積分運算，在不是很長的時間內，陀螺儀微小的漂移量可以忽略。

　　直立控制算法流程如下：

　　1. 獲得前瞻距離地面高度，記作Degree Distance MID;
　　2. 計算與平衡位置的偏差值，Degree Distance MID - Degree Distance;
　　3. 獲取水平陀螺儀測得的車模直立方向轉動的角速度，gyro – gyroMID;
　　4. 計算直立控制電機的控制量，Control Speed =
     　　STAND P * ( Degree Distance-Degree Distance MID ) - STAND D * ( gyro -gyroMID ) ;
　　5. 將直立控制量分別加入左右輪電機的PWM。

　　2. 車模速度控制算法

　　速度控制采用了PI算法，我們沒有將速度控制量直接加到電機的PWM中，在實驗中發現，若采用直接加PWM的控制方案，直立控制太強，則會導致加速太慢，速度控制太強，則會導致車模運行不穩定，直立方向容易引起震蕩。因此我們直接將速度控制量乘上一個比例系數后直接疊加到平衡位置的狀態量Degree Distance MID中，以此作為目標傾角，記作test MID，這樣的方案能夠協調平衡與加速的問題。

　　3. 車模轉彎控制算法

　　由于時間所限，以及直立車模受車模前瞻電感數量的影響較大，加之先前曾經嘗試過的根據計算賽道導線斜率的算法并不理想，我們最終僅僅使用了前面三個縱向排布的電感，利用PD算法。假設三個電感從左至右分別為DCL,DCM,DCR，用位置式(DCL-DCR)/(DCL+DCR)，中間電感DCM 的作用是判斷車模偏離賽道中心的程度，來對轉彎的進行分段P控制，當車模偏離賽道中心較近時，給一個較小的P，當偏離賽道中心較遠的時候給一個較大的P，這樣車模在偏離賽道中心較近的時候能夠運行得比較平滑，當車模偏離賽道中心線較遠的時候能夠及時回到賽道中心。

　　參考文獻
　　[1] Inc F S. MCF52259 ColdFire(R) Integrated Microcontroller Reference Manua. 2011
　　[2] Inc F S. MCF52259 ColdFire Microcontroller Technical Data. 2011
　　[3] 競賽秘書處. 電磁組直立行車參考設計方案[R]. 2012
　　[4] 競賽秘書處. 電磁組路徑檢測設計參考方案[R]. 2010
　　[5] 同濟大學益馳隊. 三電感位移算法[R]. 2012
　　[6] 東南大學至善隊. 東南大學“至善”隊技術報告[R]. 2011