山东工商学院迅雷电磁一队

1、关于技术报告和研究使用的说明本人完全了解第十届“飞思”杯全国大学生智能汽车竞赛关保留、使用技术报告和研究的规定，即：参赛著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛的设计方案、技术报告以及参赛模型车的集中。、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会参赛队员签名： 带队教师签名： 日期： 目录第一章 引言11.1 概述11.2 报告安排2第二章 智能车整体设计分析32.1 主要设计思路32.2 系统总体结构模块32.3 技术方案说明4第三章 智能车机械设计63.1 智能车主要技术参数汇总说明63.2 传感器的设计安装73.3 系统电路板的固定及连接83.4智能车前轮

2、定位的调整8车模后轮的调整93.53.6车模底盘的调整103.7车模重心的调整103.8车模舵机的安装103.9智能车传动齿轮与电机和测速编码器的调整113.10 红外的安装11第四章 智能车硬件电路设计124.1 电源模块电路设计134.2测速模块电路设计144.3电机驱动电路设计144.4电感电路设计144.5拨码开关电路设计154.6 起跑线检测电路设计16第五章 智能车设计165.1整体流程设计165.2寻径.185.3PID.18第六章 智能车总结23参考文献25附录A：部分源程序26附录B：主板电路原理图36第一章 引言1.1 概述全国大学生智能汽车竞赛是以智能汽车为研究对象的创意

3、性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。该竞赛以"立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越"为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀条件。的脱颖而出创造这一次电磁组的比赛不同于往年，进行了。与往届不同的是采车及配追踪的形式，不再是单一的追求单车的速度，而是要实现两车之间的合，尽可能使两车都达到较高的速度，但又相撞，使时间差尽可能的小。相对来说，这届对电磁组的要求是更严格了，

4、先是要同时调试两辆车，又要求和配合，对我们来说，无疑是一个不小的。我们使用的是竞赛处统一指定的竞车模，都采用飞思模套件，一个用的是要求必用的B车模，另一个我们选择了A半导体公司的32位微器MCF52259单片机作为控的努制单元，力拼搏，设计了智能车电路的硬件系统和系统。经过几完成了智能车的制作和调试。为了做好智能车，并在此次比赛中获得较成绩，我们小组成员查阅了大量的资料，涉及到了自动、模式识别、传感技术、信号处理、电气、计算机、机械等多个学科的知识，对小车的整体构架进行了深入的研究，分别在机械结构、硬件和上都进行过改进，硬件上主要是考虑并调试各种传感器的布局，改进驱动电路，上先后进行了几次大改

5、，小车的循迹方式最终确定为适应性更强的四电感循迹的。算法上，从PID到Bang-Bang,再到模糊PID都进行了一些研究。在准备比赛的这段时光中，我们收获了许多在平常学习中学不到的经验和知识，还有很重要的团队合作精神，让我们受益匪浅。总的来说，这次历练对我们知识的整合以及实践能力的提高都有极大的促进作用。在此要感谢山东工与对此次比赛的关注和支持，1第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告感谢始终在我们身边指导我们的和，还有一直教导、经，验给我们的师哥师姐，你们，没有你们的帮助和支持，我们不能走到为智能车一起拼搏努力的成为我们大学生活一段不可磨灭的珍贵回忆。1.2 报告安排在此份技术报告中，我们小

6、组通过对智能车的大体设计思路方案、整体系统模块结构、机械设计、硬件电路设计、算法、小车参数等的，尽可能详尽地阐述了我们对智能车的思想和创意，此技术文档的正文部分主要四个部分：智能车整体设计分析（第二章），智能车机械设计（第三章），智能车硬件电路设计（第四章）和智能车设计（第五章）。其中智能车机械设计部分主要叙述我们在遵守大赛比赛规则的前提下，对智能车机械部分的改造；智能车硬件电路设计部分主要叙述各个电路模块的设计思路、电路原理及功能；智能车设计部分主要叙述在硬件系统设计的基础之上，智能车对路径的识别、速度、转向等功能的算法及程序实现。这份报告分别详尽叙述了有关各个方面的情况，具体表现在电路的创

7、新设计，以及算法方面的独特想法，而对单片机整个具体参数的调试也让我们付出了艰辛的劳动。这份报告凝聚着我们的心血和智慧，是我们小组全体成员及指导共同努力的成果。2第二章 智能车整体设计分析2.1 主要设计思路该系统是以检测电磁场信号为基础，通过传感器实时信号，再经过单，能够准确沿着片机处理信号，进而预设路径寻迹，并能以舵机和电机，从而实现对车体的而快速的状态运行。电磁传感器单片机舵机电机图2.1主要设计思路2.2 系统总体结构模块处理模块模块测速反馈模块MCF52259 单片机起跑线检测模块人机交互模块电源模块图 2.2 总体结构模块3第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告(1)处理模块：在该模

8、块中有速度、速度、位置，两个传给，并发出控子模块，分别MCF52259，其制命令。小车当前的位置，并将到的是各种传感器。之后对信号进行处理后作出(2)模块：该模块了驱动电机、转向舵机，当接收到MCU令后便执，反馈给MCU 。行相应的操作，同时模块又到电机和舵机的状态从而整个系统驶的目的。一个闭环系统，在运行过程中，系统自动调节而达到正确行(3)人机交互模块：在该模块中包含了拨码开关与LCD液晶显示，其中拨码开关用于调节小车的工作模式，同用于调节小车行驶时所需的一些参数，高低速的选择等，结合LCD显示某些参数便于调节，从而使整个小车系统更具人性化。(4)起跑线检测模块：通过干簧管来检测起跑线，实

9、现停车功能。(5)测速反馈模块：利用周期中断函数每隔2ms进行一次测速，实现对速度实时。(6)电源模块：通过稳压给各模块通电。2.3 技术方案说明(1)传感器设计：在传感器方案的选择中，根据竞赛组委会的相关规定，我们选用电磁传感器，电磁传感器的应用首先在于选型，为了找出适合的磁传感器，我们查阅了许多的资料，进行了大量的电感测试，发现只有在10mH电感中，得到感应电动势曲线是较为规整的正弦波，频率和赛道电源频率一致，为20kHz， 幅值较其他型号的大，且随导线距离变化，规律为近大远小。其他电感得到信号不好，频率幅值变化杂乱，不宜采用。(2)的算法设计：在小车的运行中，主要有方向和速度的，即舵机和

10、电机，这两个是系统的操作，对小车的性能有着决定性的作用。对舵机的，要达到的目的就是：在任何情，总能给舵机一个合适的偏移量，保证小车能始终连贯地以最少距离行驶。在舵机的两种方案可供选择：方案中，有以下4第二章智能车整体设计分析方案一：比例这种就是在检测到车体偏离的时给小车一个预置的反向偏移量，让其回到赛道。比例算法简单有效，参数容易调整，算法实现简单，不需复杂的数字计算。在实际应用中，由于传感器的个数与布局方式的限制，其控制量的输出是一个离散值，不能对舵机进行精确的，容易引起舵机左右摇摆，造成小车行驶过程中的振荡，而且其收敛速度也有限。方案二：PIDPID在比例的基础上加入了积分和微分，可以抑制

11、振荡，加快收敛速度，调节适当的参数可以有效地解决方案一的不足。不过，P，I，D三个参数的设定较难，需要不断进行调试，凭经验来设定，因此其适应性较差。在我们的选择中，根据比赛规则，赛道模型与相关参数已给定，即小车运行的环境基本上已经确定，可通过不断调试来获得最优的参数。因此我们最终选用的是PD算法来对舵机进行。对驱动电机的车要有最有效的而快速则（即速度），要达到的目的就是在行驶过程中，小和机制。高效的算法使小车能在直道上高速行驶，小车运行的，流畅。为了精确速度，时时对速度进行，我们还引入了闭环的思想，在硬件设计，增加了速度传感器实时速度。5第三章 智能车机械设计想要做好智能车，智能车的机械结构便

12、是很重要的一环，它在整个智能车的调试过程中都需要不断的完善，对小车的行驶性能有巨大的影响。往往我们需要考虑的先是它是否符合组委会规定的的要求，再是安装的可靠性及轻便性，是否方便电感传感器准确快速的检测，最后还要考虑车体各部分重量的分配，重心问题，确保转弯、的性能。我们对于智能车机械设计部分主要：电路板的固定与安装、四轮参数调整和舵机的调整、编码器的安装等。模型车的机械结构是整个智能车系统的基础，模型车机械调整是否完善是提高智能车速度的一个关键因素。鉴于这个，我们小组在车辆机械方面的改进做了很多的工作，从传感器安装布置、转向舵机的调节、重心位置的调整、测速模块的设计都进行了必要的改进，这些工作大

13、大提高了车的性和适应性。3.1智能车主要技术参数汇总说明前车参数：6车模总体重量1000g车模长度700mm车模宽度250mm车模高度165mm所有电容总容量1768uf传感器种类以及个数电感4个 测速编码器1个除了车模原有的驱动电机、舵机之外伺服电机个数无赛道检测精度、频率5mm500次/秒第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告后车参数：3.2 传感器的设计安装考虑到上坡、直角弯等因素，我们最初尝试的电感感器使用六个电感，上排2个竖直，下排四个，但经过实验所有的都可以通过下排四个检测，因此将下排去掉，这不仅减轻了小车的重量，而且降低了功耗并重心位置。了小车的电磁传感器的安装对小车的重心、过坡

14、道影响很大。经过多次测试，在满的前提下，我们对传感器的离地距离，前瞻距离做了相应的调整，电磁足传感器：车模总体重量772g车模长度650mm车模宽度250mm车模高度132mm所有电容总容量1697uf传感器种类以及个数电感4个测速编码器1个 红外3个除了车模原有的驱动电机、舵机之外伺服电机个数无赛道检测精度、频率5mm500次/秒第三章智能车机械设计3.3系统电路板的固定及连接打孔用螺丝固定。3.4 智能车前轮定位的调整汽正常行驶过程中，为了使汽车直线行驶，转向轻便，转向后能自动，减少轮胎和转向零件的磨损等，则在转向轮、转向节和前轴之间须形成一定的相对安装位置，叫车轮定位，其主要的参数有：主

15、销后倾、主销内倾、车轮外倾和前束。（1）主销后倾角：主销后倾角是指在纵向平面内主销轴线与地面垂直线之间的夹角。它在车辆转弯时会产生与车轮偏转方向相反的力矩，使车轮自动恢复到原来的中间位置上。所以，主销后倾角越大，车速越高，前轮自动的能力就越强，但是过大的力矩会使车辆转向沉重，通常主销后倾角值设定在1°到3°。模型车通过增减黄色垫片的数量来改变主销后倾角的，由于竞赛所用的转向舵机力矩不大，过大的主销后倾角会使转向变得沉重，转弯反应迟滞，所以设置为0°，以便增加其转向的灵活性。（2）主销内倾角：主销内倾角是指在横向平面内主销轴线与地面垂直线之间的夹角，它的作用也是使前

16、轮自动。角度越大前轮自动的作用就越强，但转向就越费力，轮胎磨损增大；反之，角度越小前轮自动车的主销内倾角不大于8°。的作用就越弱。通常汽对于模型车，通过调整前桥的螺杆的长度可以改变主销内倾角的大小，由于过大的内倾角也会增大转向阻力，增加轮胎磨损，所以在调整时可以近似调整为0°3°左右，不宜太大。主销内倾和主销后倾都有使汽车转向自动，保持直线行驶的功能。不同之处是主销内倾的与车速无关，主销后倾的与车速有关，因此高速时主销后倾的作用大，低速时主销内倾的作用大。8第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告（3）车轮外倾角：前轮外倾角是指通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的

17、交线与地面垂线之间的夹角，对汽车的转向性能有直接影响，它的作用是提高前轮的转向安和转向操纵的轻便性。在汽车的横向平面内，轮胎呈“八”字型时称为“负外倾”，而呈现“V”字形张开时称为正外倾。如果车轮垂直地面一旦满载就易产生变形，可能引起车轮上部向内倾侧，导致车轮联接件损坏。所以事先将车轮校偏一个正外倾角度，这个角度约在1°左右，以减少承载轴承负荷，增加零件使用，提高汽车的安能。模型车提供了专门的外倾角调整配件，近似调节其外倾角。由于竞赛中模型主要用于竞速，所以要求尽量减轻重量，其底盘和前桥上承受的载荷不大， 所以外倾角调整为0°即可，并且要与前轮前束匹配。（4）前轮前束：所谓

18、前指两轮之间的后距离数值与前距离数值之差，也指前轮中心线与纵向中心线的夹角。前轮前束的作用是保证汽车的行驶性能，减少轮胎的磨损。前轮在滚动时，其惯性力自然将轮胎向内偏斜，如果前束适当，轮胎滚动时的偏斜方向就会抵消，轮胎内外侧磨损的现象会减少。像内八字那样前端小后端大的称为“前束”，反之则称为“后束”或“负前束”。在实际的汽车中，前012mm 。在模型车中，前轮前通过调整伺服电机带动的左右横拉杆实现的。主销在垂直方向的位置确定后，改变左右横拉杆的长度即可以改变前轮前束的大小。在实际的调整过程中，我们发现较小的前束，约束02mm可以减小转向阻力， 使模型车转向更为轻便，这样看理论上应该比较好，但实

19、际效果不是十分明显。虽然模型车的主销后倾角、主销内倾角、车轮外倾角和前束等均可以调整，但是由于车模和精度的问题，在模型小车中的效果有时与真是汽车中的效果不一致，所以一切还以实际小车的调整效果为准。3.5 车模后轮的调整由于轴承和的平面不是严格垂直，会使得小车后轮在转弯时抖动，通第三章智能车机械设计过调整后轮固定螺丝的松紧能在一定程度上解决这个问题。3.6 车模底盘的调整底盘越低，车辆的重心越低，后轮抓地力越好，前轮转向越敏感。考虑到在整个赛道中并无崎岖路面，我们拆除了小车的减震系统并用金属片加固了小车的底板，使得电路板能低放置，减低小车中心和小车行驶过程中的晃动。3.7 车模重心的调整除了的纵

20、向重心外，重心的前后位置对的行驶性能也有很大的影响。将重心前移会加大前轮对地摩擦，可以一定程度上减少侧滑，增加转向，而传感器和支架前置，使得的重心大概位于的中间稍微偏前一点的位置。3.8 车模舵机的安装舵机是整个小车的，它在转弯时的角度是否精确，转的是否及时，直接影响到小车能否过一些急弯，如大小S弯道及的灵敏度，我们的舵机采用如下方式安放：入弯道等。为了提高转向（1）加长舵机力臂。由于舵机的响应速度有限，大大影响了但舵机的输出力矩却很大，所以可以通过加长舵机输出力臂的的入弯速度，来提高舵机的响应速度，力臂加长了1cm左右。（2）舵机的竖直安装。传统的平躺式舵机安装方式，不仅使横拉杆地面有一定夹

21、角而且左右横拉杠的长度不同，这使得舵机输出的力变小（因为只有舵机使出的力的水平分力才是使前轮转向的有效分力）且MCU中舵机左右转的参数也将不同。通过我们的竖直安装方式有效的解决了这两大问题，提高了小转弯时的灵活性，使小入弯时能够及时转弯，而不至于因速度快转向不及时而跑出赛道，显然，舵机竖起来后两个臂的受力水平位置方向上，运转起来后更灵活了，这样，也会减小舵机转动过程中力臂与舵机之间的摩擦。对舵机的改动后提高了舵机的响应速度，MCU中有关舵机的参数左右对称，小车的过弯性能也有很大的提高。总结：根据汽车动力理论将主销后倾角设为3度，使车轮具有自动的功能。10第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告将

22、舵机力臂加长了1cm。舵机竖直安装的方案，使舵机输出的水平分力能被前轮更为充分的利用，而且舵机左右横拉杆长度相等，使过弯的性能有了很大的提高。重心的调整，使后轮的抓地力和前轮转向力之间有了一个很均衡。对前轮、后轮、和舵机的一系列调整，一定程度上的提高了性能，实践证明这些改动是有效的。的行驶3.9 智能车传动齿轮与电机和测速编码器的调整齿轮传动机构对车模的驱动能力有很大的影响。测速使用了500线编码器。为了能够精确检测小车速度，编码器的齿轮必须与小车传动齿轮良好咬合，太松容易丢齿并损坏齿轮，太紧则会增加电机负载。3.10 红外通信为了实现两车之间的良好通信，我们用蓝牙来进行间距，避免相撞与相距过

23、远。，两车之间的第四章 智能车硬件电路设计设计的硬件电路由MCF52259单片机最小系统模块、电源模块、直流电机及驱动模块、舵机及模块、模块、光电测速模块组成。电源模块图 4 硬件电路系统模块4.1 电源模块电路设计电源模块对于一个工作，因此在设计系统来说极其重要，到整个系统是否能够正常系统时应选好合适的电源。竞赛规则规定，比赛使用智能车竞赛统一配发的标准车模用 7.2V 2000mAh Ni-cd 电池供电。单片机系统使用 3.3V 电源，路径识别的电感传感器、测速编码器等均需要 5V 电源；伺服电机工作电压范围 4V 到 6V，为提高伺服电机响应速度采用 6V 供电；直流电机驱动电路可以使

24、用 7.2V 直接供电。12测速模块电感模块舵机及模块直流电机及驱动模块单片机最小系统模块第四章智能车硬件电路设计4.2 测速模块电路设计测速模块可选方案有光电编码器和光电码盘两种。由于编码器的可靠性要远远高于码盘，因此我们在此次比赛中选用编码器作为测速们选用的是 500 线编码器。而编码器我13第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告4.3 电机驱动电路设计比赛最终比的是速度，需要模型车能够以尽量快的速度跑完全程，有了好的算法之后，需要有驱动电路对电机进行。对于电机驱动电路，可以使用半桥、电机驱动模块MC33886、BTS7960或BTN7971，还可以动手用MOS管搭一个H桥电路。为了满足性

25、能，使用的电机驱动模块为BTN7971B，BTN7971B是Infineon公司的半桥驱动，该是一款电机驱动应用的完全集成的大电流，最大输出电流可达43A，完全满足智能车设计的需要。由于集成电路具有逻辑电平输入，与微器的连接变得非常简单，且该驱动集成电路还具有电流检测、转换率调整、死区时间生成以及过热、过压、欠压、和短路保护。两片BTS7971 联立就可以组成电路，用可以实现正反转，让车模在高速入弯时顺利刹车入弯。电机驱动模块电路使用BTN7971N。4.4 电感电路设计传感器是电磁组小车最重要的模块之一，能够对变化的磁场信号作出灵敏第四章智能车硬件电路设计的检测，对道路状况的检测起着的作用。

26、根据LC谐振的原理，选取10mH电感和6.8nF电容作为LC谐振电路，产生感应电流，再通过滤波、放大、检波，然后将结果送入单片机AD进行相应的处理，以赛道当前。4.5 拨码开关电路设计由于在智能车比赛开始后，不能够对智能车进行修改，在硬件有效可靠的同时，有可能不能够适应新场地，所以设计拨码开关对智能车有关参数进行设置也是必要的。我们利用拨码开关对直道、直道入弯、弯道时的速度进行了不同参数的设定，以方便在比赛时对不同速度的设定。15第四章智能车硬件电路设计4.6 起跑线检测电路设计按照比赛规则，起跑线是 6个按照一定间隔放置的磁钢（表面磁场强度3000到 5000）组成，而且磁钢的极性是随机放置

27、的。如果使用方式检测那么极性问题就一定要考虑进去，所以一对传感器至少是两个。但是如果使用干簧管，极性的问题就不用考虑。干簧管不用供电，将干簧管的一端接地，一端接全利用IO，然后利用单片机的内部上拉，用程序去检测低电平。这样就可以完scale的内部资源简化电路的设计。第五章 智能车设计在整个系统的设计中，主要用到了MCF52259中的AD模块、模块、PIT模块、IO模块还有ECT模块。其中AD模块主要用来传感器的电磁信号的采集；模块主要用来舵机转向和电机的运转；ECT模块主要是用在了测速模块和关的输入。，捕捉中断并计算瞬时速度；I/O模块主要是用来分配给拨码开5.1整体流程设计16第五章智能车设

28、计运行，首先需要配置单片机各个模块寄存器数值，使单片机各个模块正常工作，即初始化。其中：单片机时钟配置、I/O 口配置、模块配置、A/D 模块配置、PIT周期中断配置、脉冲捕捉模块配置。当初始化完毕后，开始对传感器输入信号进行采样，次采样后将采样值输入算法，算法经过运算得到应该偏转的角度和速度。通过改变和电机的调节。模块内部寄存器数值可以得到不同占空比的方波信号，实现对舵机是否开跑 否是否是终点是17结束停车起跑线检测舵机转向路径电机速度电感扫描拨码参数各模块初始化开始第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告图 5.1流程整体设计5.2 寻径在速度检测的部分，我们是利用编码器会来的脉冲数字进行计

29、算，将其转换成为与后轮圈数相对应的一个参数值，根据此参数值我们能够很用电感息进行回来的中，我们采用了数组数据的方式，对已到的信滤波处理，排除干扰误差，取多组值，去掉一个最大的、一个最小的算平均值来当做最后的最终值，并且再通过程序设计来预判下面的赛道。例如当我们连续检测到10次直道是我们既可以认为小车现在正在行驶在长直道上，因此可以至高速状态。在进入弯道时候，由于的速度较快，在入弯的时候有冲出赛道的速制动，将速度值降到期望过弯速度。在性，所以在赛道末段我们应当进行快我们利用了记忆标志位的方式，在突然看到弯道后给电机一个较小的期望速度值，这样在PID调节的作用下，电机将很快的下来，以达到入弯制动的

30、效果。晰的看出来现在这个状态时，电机的转速为多少，从而可以很快地换算出当前时刻的速度情况，进行相应的加处理。5.3 PIDPID在于策略其结构简单，性好，可靠性高，并且易于实现。其缺点器的参数整定相当繁琐，需要很强的工程经验。相对于其他的方式，在成熟性和可操作性上都有着很大的优势。所以最后我们选择了 PID 的控制方式。第五章智能车设计在小车跑动中，因为不需要考虑小车之前走过的路线，所以，我们舍弃了I，将小车舵机的 PID简化成 PD。本方案中舵机转角采用位置式的 PD，速度闭环采用了增量式PID。在本方案中，使用试凑法来确定器的比例、积分和微分参数。原理：PID解决了自动理论所要解决的最基本

31、问题，既系统的性、快速性和准确性。调节PID的参数，可实现在系统的前提下，兼顾系统的带载能力和抗扰能力，同时，在PID调节器中引入积分项，系统增加了一个零积点，使之成为一阶或一阶以上的系统，这样系统阶跃响应的稳态误差就为零。由于自动系统被控对象千差万别，PID 的参数也必须随之变化，以满足系统的性能要求。这就给使用者带来一定的麻烦，特别是对初学者。下面简单一下调试 PID 参数的步骤：1、负反馈：自动理论也被称为负反馈理论。首先检查系统接线，确的反馈为负反馈。例如电机调速系统，输入信号为正，要求电机正转时，反馈信号也为正（PID算法时，误差=输入-反馈），同时电机转速越高，反馈信号越大。其余都

32、类似此种统同此，原理都差不多都是相同的，以此类比即可。2、PID调试原则：a.在输出不振荡时，增大比例增益P。b.在输出不振荡时，减小积分时间常数Ti。c.在输出不振荡时，增大微分时间常数Td。3步骤：a.确定比例增益P确定比例增益 P 时，首先去掉 PID 的积分项和微分项是令 Ti=0、Td=0（具体见 PID 的参数设定说明），使 PID 为纯比例调节。输入设定为系统的最大值的 60%70%，由 0 逐渐加大比例增益 P，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例增益 P 逐渐减小，直至系统振荡消失，此时的比例增益 P，19第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告设定 PID 的比例增益 P

33、 为当前值的 60%70%。比例增益 P 调试完成。b.确定积分时间常数 Ti比例增益 P 确定后，设定一个较大的积分时间常数 Ti 的初值，然后逐渐减小 Ti，直至系统出现振荡，之后在反过来，逐渐加大 Ti，直至系统振荡消失。此时的 Ti，设定 PID 的积分时间常数 Ti 为当前值的 150%180%。积分时间常数 Ti 调试完成。c.确定积分时间常数Td积分时间常数Td不用设定，为0即可。若要设定，与确定 P和Ti的相同，取不振荡时的30%。d.系统空载、带载联调，再对PID参数进行微调，直至满足要求。PID原理公式如图5.6所示。第五章智能车设计5.3.1PID参数的整定试凑法是PID

34、参数整定时较统响以达到满意的响应，最后确定PID之一，试凑法是通过闭环试验，观察系参数。试凑不是盲目的，而是在应曲线，根据各进行的。参数对系统响应的大致影响，反复试凑参数，理论指导下在理论中已获得如下定性知识：（1）比例调节（P）作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的性下降，甚至造成系统的不。（2）积分调节（I）作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一。积分作用的强弱取决与积分时间常数 Ti，Ti 越小，积分作用就越强。

35、反之 Ti 大则积分作用弱，加入积分调节可使系统性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成 PI 调节器或 PID 调节器。(3)微分调节（D）作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的之前，已被微分调节作用消除。因此，可以作用，在偏差还没有形成系统的动态性能。在微分时间选择合适情，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统不利。此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成 PD 或 PID器。试凑法的具体实施过

36、程为：(1)整定比例部分，将比例系数由小变大，并观察相应的系统响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。如果系统静差小到范围，响应曲线已属满意，那么只需比例即可，由此确定比例系数。(2)如果在比例基础上系统静差不能满足设计要求，则加入积分环节，整定时首先置积分时间Ti为很大值，并将经第一定得到的比例系数略微缩小（如缩小为原值的0.8），然后减小积分时间，使得在保持系统良好动态的情，静差得到消除，在此过程中，可根据响应曲线的好坏反复改变比例系数21第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告和积分时间，以期得到满意的过程，得到整定参数。(3)若使用比例积分消除了静差，但动态过程经反复调整仍不能满意，则可

37、加微分环节，比例、积分、微分器。在整定时，先置微分时间 Td为零，在第二定基础上增大 Td，同样地相应改变比例系数和微分时间，逐步试凑以获得满意的调节效果和参数。第六章 智能车设计总结经过这段时间的不懈努力，我们的小车从刚刚起步一直到能快速通过赛道，按照我们的期望跑出我们的设想，我们心里的欣喜之情无法言喻。随着之后一点一点的调试，在比赛中，不负众望的获得一个比较满意的成绩，我们付出的辛勤汗水终于浇灌出了美丽的花朵。从一开始电路的设计与焊接、车模的组装、的编写与调试、传感器的选型与测试、车模的机械改造与制作到最后的整车的调试。经过辛酸才最终成为现在的模样，我们小车一步一个脚印的成长着，一次次更快

38、、更好、更稳，心中那份收获的喜悦溢于言表。接下来就我们的小车的情况具体在以下几个方面进行总结：在智能车的机械改造设计方面，我们加长了舵机的力臂，这样可以在舵机输出较小转角的时候尽可能得到较大的转角，从而大大提高了舵机的灵活性，并使舵机的左右转向性能维持一致状态。并且我们适当提高了舵机的供电电压，变为了6v, 适当解决了一点舵机延时的问题。在整个机械设计过程中，我们对各个部分的配重也进行了处理，调节的重心位置，让车子的重心位置处于灵活性最位置。传感器的支架也进行了精致地设计，以方便放置传感器和传感器位置的调节。在电路设计方面，我们用自行设计了电路板，并对各个模块进行了单独设计，最后整合在电路板上

39、。在算法设计方面，主要还是使用的PID算法，对舵机方面只用了P项、D项，一开始角度尝试过用查表法，最后改成PD算法。对电机方面，速度采取平缓过渡、位置偏移量分区间的方式。我们通过在赛道上跑的状态不断地完善我们的算法，直到跑的状态符合我们的预期要求。电磁传感器的方案中，输出电压与输入的磁场强度不成正比，这导致了测量时误差，可以采用补偿的加以消除，可以进行硬件和的补偿，硬件上用高精度电感电容电阻，上滤波。还有一点就是前瞻问题，由于不限车长，但前瞻依然无法做到很大，因为过长会导致甩尾。我们的小车当然也还一些问题，首先就舵机打向而言，我们的车左右打向不太对称，虽说尽力在方面弥补，但还是有一定的几率又打

40、回，23第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告这一直是使我们困扰的问题。其次是PID系数的调节始终还是不是很完善，在调车的整个过程中，都在穿插着调节PID参数，但是效果不够令人满意，没有达到我们心目中想要的状态，这也是一直令我们苦恼不已的问题。但是就总体而言，虽说问题不断出现，一直使我们的心情跌宕起伏，但不得不说最后的成果还是令我们感到欣喜。最后还是要感谢一直陪伴在我们身边的，师哥师姐们，你们的帮助和支持，没有你们我们不能走到。24参考文献参考文献1.单片机原理及应用.:,2010.2,.Frescale 9s12十六位单片机原理及,2008.开发技术.:机械工业3.模拟技术基础.:工业,20

41、10.4.数字技术基础.:高等教育,1998.5.C程序设计.:,2001.6,.学做智能车.:航天航空,2007.7等Protel高级应用.:人民邮电,2002.8全国大学生智能车竞赛官网.9.“飞思社,2012.杯”智能汽车竞赛设计与实践.:航空航天大学10智能车制作官网 25附录A附录A：部分源程序/*头文件包含*/#includedeclarations"support_common.h"and more */*includeperipheral#include"Nokia5110ForMCF52259.h"#include"MCF52

42、259_UART_driver.h"/#include "MCF52259_UART_driver.h"#include".h"#include"GPT.h"#include"ADC.h"#include"PIT.h"#include"PID.h"#include"math.h"/*宏定义*/#definespeed_eptsPID.vi_Ref#definenow_speedsPID.vi_FeedBack#defineservo_max339

43、0+850/3725+450#defineservo_mid3390/ 38303725#defineservo_min3390-850/3725-450#defined_len32 /60/ 70/ 当前位置偏差与第d_len次偏差平均作运算#define d_amp7.00/6.5,7.5之间/5/2 03D item coef26第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告#define SPEED_DANG_NUM 100/*所有全局变量*/uint16 i_cnt=0,j_cnt=0,k_cnt =0,time=0;/计时用int16 lock=0;int16 dp=0,sadd=0,sa

44、dd_cnt=0;uint16 ad_result4=0;/adc.cint16 stop_flag=0,stop_cnt=0,slope_flag=0,START_LINE=0;uint16start=0,start_cnt=0;uint8rec_temp,wxstop=0,stop_finish=0,Z=0;uint16speed_tabSPEED_DANG_NUM=0;int16 position=0;uint16Servo_Dir;uint16HIGH_SPEED=0;uint16LOW_SPEED=0;uint16s2w_speed=10;uint16servo_pre,preSer

45、vo_Dir;floatad_div=0;int16pre_div;int16car_driver=0;uint16 slope_cnt=0;volatile int16 s2w_flag=0,straight_flag=0,long_straight_flag=0,ls2w_flag=0,long_straight_brakeflag=0;int16 rightangle_flag=0;附录 Auint16 M=0,N=0,C=0;uint16 aad_0=0,aad_1=0,aad_2=0,aad_3=0;int16 key_pressed=0,key0=0;extern doubleDA

46、TA1,DATA2,DATA3;int16 dd=0;uint8 uart0txcounter;int speed_cut1=0,speed_cut2=0,speed_cut3=0;volatile int8 szal_flag=0,angleflag=1;int8 rightflag=0;int16 rightangleflag=0;uint16 result0,result1,result2,result3;/*所有函数*/voiddelayms(uint16 ms);void_Init(void);voidPIT0_init(void);voidInit_PAC(void);voidAD

47、_init(uint8 div,uint8 delay) ;uint16 AD_get_singlevalue(uint16 ANn);voidPORT_Init(void);voiddip_switch(void);voidmiddle_filter(void);voidsteer_control(void);voidAD_value(void);voidAD_ctrl(void);第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告int16 Cal_P_Item(void);/* 前轮舵机P项计算 */void Steer(void);/* 前轮舵机转向 */int16 Cal_D_Item(int1

48、6 length);/* 前轮舵机D项计算*/uint16 abs(int16 x);voidInit_speed_tab(void);voidSpeed_Control(void);voidroad_Judgement(void);voidMOTORforward_Control(void);voidMOTOR_forward(int16 mt2);/*子函数初始化*/void delayms(uint16 ms)int ii,jj;if (ms<1) ms=1;for(ii=0;ii<ms;ii+)for(jj=0;jj<6676;jj+) asm("NOP&q

49、uot;);/80MHz-1ms/*IO口初始 */void PORT_Init(void)/*液晶TE口初始 */MCF_GPIO_PTEPAR&=(0XFF);MCF_GPIO_DDRTE|=0xFF;附录 A/*口初始 GPT*/MCF_GPIO_PTAPAR=MCF_GPIO_PTAPAR_ICOC0_1|MCF_GPIO_PTAPAR_ICOC1_3|MCF_GPIO_PTAPAR_ICOC2_5|MCF_GPIO_PTAPAR_ICOC3_ICOC3;MCF_GPIO_PTCPAR=MCF_GPIO_PTCPAR_DTIN1_2;/* 拨码开关TJ07TI03口初始 */MCF_GPIO_PTJPAR &= (0xffff<<0);/PTHMCF_GPIO_DDRTJ &= (MCF_GPIO_DDRTJ_DDRTJ0)/PTH为输入口&(MCF_GPIO_DDRTJ_DDRTJ1)&(MCF_GPIO_DDRTJ_DDRTJ2)&(MCF_GPIO_DDRTJ_DDRTJ3)&(MCF_GPIO_DDRTJ_DDRTJ4)&(MCF_GPIO_DDRTJ_DDRTJ5)&(MCF_GPIO_DDRTJ_DDRTJ6)&(MCF_GPIO_DDRTJ_DDRTJ7);MCF_G