智能小车模块概述.ppt

智能小车实践模块 中北大学仪器与电子学院 03 39 04 申冲2016 5 5 智能小车实践模块概述 目的 1 了解智能小车工作原理 2 锻炼电路板设计 焊接 编程能力 3 掌握数据采集与传输 以及基于MATLAB的滤波器设计 4 了解智能小车PID控制原理 中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块 任务分解 1 智能小车驱动板电路设计 电路焊接与编程调试 5月6日 23日 电路设计 5月6日 9日 5月10日集中辅导时提交设计报告电路焊接 5月10日 13日 完成电路板焊接 5月13日验收编程 5月14日 17日 完成程序编写 5月17日验收调试 5月18日 22日 完成小车调试 5月22日验收提交第一阶段实验报告 5月23日 中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块 2 智能小车车载传感器数据采集与处理MPU6050数据采集与传输 5月24日 25日基于MATLAB的滤波器设计 5月26日 29日提交一篇小论文或实验报告 5月30日3 智能小车速度与运行轨迹控制实验基于MPU6050的智能小车控制 5月31日 6月3日基于MPU6050的智能小车转向控制 6月4日 6月6日集中验收 6月7日 中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块 内容 1 智能小车关键技术介绍2 MPU6050及信号处理技术3 智能小车的控制 中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块 点击添加文本 如何让小车奔驰在跑道上 框架式思维 软件 硬件 程序书写格式 函数调用层次 参数传递 大量数据获取与处理 中断优先级 控制系统时间常数 一 框架式思维 电源电路 传感器 驱动电路 上位机通信 MCU控制核心 g fGyroscopeAngleVelocity 03 39 04 中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块 基本控制算法框图 03 39 04 中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块 基本硬件参考方案 03 39 04 中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块 如何让小车奔驰在跑道上 二 软件控制 器件操作 普通I O AD采集 PWM输出 UART无线串口通信 IIC SPI传感器通信 控制系统逻辑 中断优先级 控制周期设置 硬件访问层 数据采集与控制执行 业务逻辑层相耦合 控制系统之间控制量的耦合 控制算法的运算 03 39 04 中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块 程序流程图 03 39 04 中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块 基本硬件框图 03 39 04 中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块 点击添加文本 速度 姿态检测传感器 光电编码器 MCUAB正交解码 速度解算 惯性测量单元 卡尔曼角度融合 简易四元数运算 倾角 姿态解算辅助导航 03 39 04 中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块 点击添加文本 电源 驱动电路 电源管理 驱动电路 能源效率 相当于汽车排量 03 39 04 中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块 内容 1 智能小车关键技术介绍2 MPU6050及信号处理技术3 智能小车的控制 中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块 MPU6050 以数字输出6轴或9轴的旋转矩阵 四元数 quaternion 欧拉角格式 EulerAngleforma 的融合演算数据 具有131LSBs sec敏感度与全格感测范围为 250 500 1000与 2000 sec的3轴角速度感测器 陀螺仪 可程式控制 且程式控制范围为 2g 4g 8g和 16g的3轴加速器 移除加速器与陀螺仪轴间敏感度 降低设定给予的影响与感测器的飘移 VDD供电电压为2 5V 5 3 0V 5 3 3V 5 VDDIO为1 8V 5 陀螺仪运作电流 5mA 陀螺仪待命电流 5A 10Hz高达400kHz快速模式的I2C 或最高至20MHz的SPI串行主机接口 serialhostinterface 内建频率产生器在所有温度范围 fulltemperaturerange 仅有 1 频率变化 中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块 信号处理技术 信号噪声信号去噪方法低通滤波器 巴特沃斯 切比雪夫 FIR等 多尺度分析方法 小波 EMD LMD等 其他 卡尔曼 维纳滤波 时频峰值滤波等 中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块 内容 1 智能小车关键技术介绍2 MPU6050及信号处理技术3 智能小车的控制 中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块 PID控制算法 PID控制是工程实际中应用最为广泛的调节器控制规律 问世至今70多年来 它以其结构简单 稳定性好 工作可靠 调整方便而成为工业控制的主要技术之一 是竞赛中控制部分的核心与根基 控制器理想方程 计算机计算离散化 03 39 04 中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块 模糊控制算法 随着智能车竞赛的发展 竞赛对车模速度 稳定性 灵活性有了更高的要求 单纯的PID算法很难满足更高的标准 基于模糊控制 单神经元控制改进型的PID算法得以应用 输入e 输出u 模糊推理 规则库R PID控制器 PWM输出 执行系统 编码器摄像头 MCU运算 期望值 e u 模糊值 模糊值 精确值 精确值向量 err derr 模糊化 去模糊化 模糊PID控制器算法结构 使用自然语言的思维控制难以用数学模型及状态方程描述的系统 隶属度函数 亦可用于不同控制量的相互耦合 例如转向与速度 03