智能車速度控制系統設計與實現

　　根據實驗數據可以確定車速執行器系統的零點和增益。車速V與占空比PWM_Ratio的關系見公式1：

　　V = PWM_Ratio×402 + 22000 (1)

　　其中：PWM_Ratio的取值范圍為0-65535

　　車模減速有三種方法：自由減速、能耗制動和反接制動。自由減速動力來自摩擦阻力，基本認為恒定。能耗制動是將能量消耗到電機內阻上，制動力隨著車速的降低而降低，也可通過控制使加速度減小得更快。反接制動通過反加電壓實現，制動力與所加的反向電壓有關。

　　由于輪胎抓地力有限，制動力超過一定值后會發生輪胎打滑的情況。一旦發生打滑，會使剎車距離變長，過彎半徑變大。如果能使剎車力始終控制在臨界打滑點上，則可以獲得最短的剎車距離。在這三種減速方法中，只有反接制動可以根據不同的車速給出不同的反接剎車力，讓車速以最大斜率下降。因此，通過大量實驗測定出不打滑的最高剎車電壓，最高不打滑劃占空比約為55000。因為不同賽道會有差異，在編程時留有了余量。以震蕩作為識別車模在剎車時是否打滑的標志。可以分取幾個典型的車速，讓車模在直道上加到預設的速度，然后分別用一組反接電壓進行反接制動，觀察并記錄最高不打滑的剎車電壓。這樣，每個典型車速都得到一個對應的最大剎車電壓。將最大不打滑反接電壓與車速對比后，發現最大不打滑反接電壓與車速成比例關系。考慮直流電機的模型，外部電壓加到電機電樞上時，電機轉子開始轉動，產生反電勢，此電壓與車速成正比例關系。當轉子上產生的反電勢等于外加電壓后，電機速度達到穩態。因此，反接制動電壓減去電機產生的反電勢之后剩下的電壓部分才是用于減速的。在車模要減速的時候，可以先通過當前車速計算出轉子的反電勢，然后在這個基礎上再疊加一個反接制動電壓，送到執行器上。

　　車模前進的阻力主要分為地面滑動摩擦力和風阻，車模在行駛過程中質量保持恒定不變。在車速較低的情況下，風阻也可認為是恒值。結合以上實驗數據和推理可知，車速模型的主要部分為一階慣性環節。

　　速度控制策略

　　經分析，賽道大致分為直道，90度和90度以上的彎道和S形彎道等類型，要想在不同道路上發揮出最大速度，關鍵問題是如何判斷出道路的情況，以下是幾種道路的判斷條件和通過策略。

　　a. 直道的判斷條件和通過策略

　　當小車在中間三個光電管的檢測范圍內檢測到黑線，則認為小車行駛在直道上，滿足直道的條件就使小車加速，直至加到某個較大的值時滿足剎車的條件。如果連續幾十個周期都檢測到了黑線，說明小車行駛在長直道上，而轉彎時需要剎車。

　　直道最高限速度是賽車從長直道入彎時不沖出彎道的最高速度，小車行駛時不能高于這個速度。當然，剎車越及時，越靈敏，則直道上速度就可以越大。實驗得到約為55000(對應PWM的占空比)。