飞思卡尔智能车光电资料

基于光耦传感器的控制方法-从离散量到连续量

康世胤1，李长城2,莫一林３，顾全全4,陆耿５

(1. 清华大学自动化系,北京 1000８4；

2．清华大学自动化系，北京１0０0８4;

３. 清华大学自动化系，北京 1００084；

4. 清华大学自动化系,北京1０0084;

5．清华大学自动化系,北京 100084)

摘要: 第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车邀请赛要求对高速行驶的小车进行实时控制，使其巡线完成比赛赛道。针对这种要求，我们选择了最成熟的PIＤ控制，尝试了由离散的不完全微分的PD控制到相对连续PD控制的过渡,通过采集光耦传感器输出的模拟量，采用对称求位置法得到连续性较好的位置信息，利用双排传感器计算角度,对位置和角度同时进行PD控制,经过细致调试确定相应参数,并合理利用分段、设置死区等方法，最终小车可以获得较好的稳定性和在高速情况对赛道中心线的跟随特性。

关键词：道路寻迹；PIＤ控制;对称定位；离散;连续

Cｏｎｔrol MeｔhoｄBaｓed on Photoeｌectｒic Coupｌing Device – from ＤiscreｔｅＳignａl to Ｃｏnｔｉnual Ｓigｎal ＫＡNG Ｓhiyｉn1,LＩＣhangchenｇ２,MＯYiｌin3，GU Qｕ

anquan4，LU Ｇeng5

(1.Auｔomａｔion, ＴsinghuａUｎiversｉtｙ, Beijｉng

100084, Chiｎa;

２. Ａｕtomatioｎ, Tsinghua Uｎiverｓｉｔｙ, Beijing １000８

4，Ｃhiｎa;

3．Automation, TsinｇhuａUniversiｔy, Beijing 1０00８4, Chiｎ

a；

4. Autoｍation, Tｓinghｕa Ｕnｉvｅｒsiｔｙ,Beｉjｉng １０

００84,Cｈiｎa;

5.Aｕtomatioｎ,Tｓinghｕa Uｎiversity, Bｅｉｊing 100084，

Ｃhina；)

Aｂｓtract：Iｎtｈe ｃominｇFREESCALE Cｏlｌｅｇe ＳｔudentＳｍａrｔCar Competｉtion ’06, realｔiｍe coｎt ｒol strategieｓaｒe requiredｔo ｂe applieｄin the high-speedｍodeｌｃar which to make ｓure the caｒtracki ｎｇthe unｋnown road and ｆｉniｓhｉｎg 2 laps of ｇaｍe. Ｂaｓed oｎｔhｅreｑuiｒeｍeｎt we seｌect onｅof thｅｍost ｗell applｉed prｏｐoｒtion-ｉntｅgratｉｏn-ｄeｖiａｔｉon (PＩＤ)ｍethｏd. Much ｗｏrｋs are ｃarried ｏut iｎcludｉｎgｔrying vａrieｓof stｒａtｅgy ｆrom inｉtial discrete ＰＤto final continuａl PＤ. In tｈe cuｒｒent ｓtrateｇy anal ｏg output of ｐｈoｔoelｅctric cｏuｐling deｖｉceｓarｅsampleｄａnd converｔed ｆrｏｍA ｔo D．Symｍｅtric pos ｉtioninｇmethod is aｐplied toｏｂtａin pｒeｃisｅｄｉrection inｆormatioｎ. Furｔｈermoｒe bｙａｐｐｌying ｄｕal ｓensorａrrａｙｔｈe turnｉｎg anｇｌeｉｓcalｃulated. ＰＤｍethｏd is aｐｐliｅｄon ｌocatioｎand angle. Aftｅr careful modificatiｏn thｅcｏｒresｐｏndｉngｐarameteｒs are decｉded empiｒicａｌｌy. In aｄditioｎby using ｓome other ｍeｔｈods such aｓtrａｃｋｓｅgmentatｉon ａnd dｅａdａrea ｐreseｔting，the mｏdel ｃar can ｏｂｔa ｉｎbetter stａtus inｃludiｎｇgood stａbilｉty anｄfine ｔｒacking characｔｅr in hiｇh ｓｐeed.

Ｋey woｒds:Ｒoad Ｔrackｉng,Propｏｒｔiｏn-Iｎteｇration-Deviatiｏn Ｃontroｌ，Sｙmmetric Pｏｓitioｎiｎｇ, Discrｅte，Continuaｌ

第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车邀请赛的赛题是控

制比赛小车，使其按要求用尽可能短的时间完成比赛赛道，比赛允许选手自行设计传感器和控制电路，并编写控制程序，禁止改动舵机和轮胎等小车结构。针对这种要求，从控制系统的观点出发，我们按照设计跟随系统的思路设计车模的控制策略;从几何关系上讲,为了实现车模的寻线运动，控制器应当控制前轮转向，满足在车模运动中车身相对于线的位置偏差和车身纵向相对于线的夹角为０的控制目标。根据以上思路,寻线跟随系统应当有2个输入——位置偏差和角度偏差,1个输出——舵机转角，考虑了速度的因素后，系统便成为一个3输入2输出的复杂系统。在我们的方案中，位置偏差和角度偏差由光偶传感器检测得到，舵机转角由PＷＭ信号控制。由于通常传感器检测得到的量是离散量,动作控制也只能针对离散量进行控制，并且根据单片机的处理能力，我们使用数字PＩD作为基本的控制器，但这只适用于低速情况，高速情况下过于离散的控制将造成系统控制缓慢、滞后，阶跃变化较大,甚至无法达到控制目标。由于这种原因,将小车速度提升之后,对小车进行连续控制是十分必要的,实际结果证明，传感器检测模拟量进行连续位置和角度的PＩD控制可以使小车具有很好的稳定性和跟随特性。

1.数字量的采集和数字PＩD控制

1.1.位置计算

判断传感器输出数字量,根据读到黑线的传感器确定位置,以１4个光耦传感器对称排列为例,根据传感器状态,位置分别为－