【某智能运输小车的的装配与调试案例分析概述综述2300字】

某智能运输小车的的装配与调试案例分析概述目录TOC\o"1-3"\h\u16451.1智能小车的装配 1184041.2智能小车的程序调试 31.1智能小车的装配确定智能小车的主体结构、器件选型及接线后，就可以根据小车套件和各种模块对智能小车进行拼装。根据课题要求，智能小车采用三层合金铝板作为车身载体。板的长和宽分别为300mm和213mm。为保证板的强度符合要求，将板的厚度设为4mm。另外，由于小车上各模块的安装位置、固定方式和尺寸大小不同，每层板的打孔位置和大小都不相同，必要时还要对金属板进行切割。各零件的安装采用就近原则，使接线距离控制器端口较近，尽量避免各个部分的接线交叉环绕。

最底下一层板作为小车底盘，是最重要的一层，需要承受最大的重量载荷。为了提升底盘的稳定性，可以将这层板分为两块。两块小底盘有两种连接方式。如图1.1，两块小金属板之间采用轴承式连接，通过该轴承结构可以改变底盘的形状和角度，能够适应不同的地形。但是轴承式连接有着力学性能差的缺点，不稳定且容易变形，可靠性差，因此不采用这种连接方式。如图1.2，使用一块小钢板，8个螺栓与底盘螺孔对应以连接两块底板。钢板结构受力面积大，不容易发生变形。采用小钢板连接，底盘的可靠性和稳定性得到了提高。在运动中，底盘不易发生变形，小车灵活性也得到了提高。图1.1轴承式连接 图1.2小钢板连接小车前后底板两边各有4个Φ3孔用以连接固定4个电机架，通过电机架固定直流减速电机，4个麦克纳姆轮通过联轴器与电机轴相连，从而安装好小车车轮。这里要选择孔的位置合适的电机架，否则会造成小车的底盘太高或太低。电路板与电机驱动通过螺丝固定在底盘合适的位置。安装好的小车底盘与相关接线如图1.3所示。图1.3小车底盘布局小车各层板之间是通过铜柱进行固定连接的，使用的铜柱高度为55mm，可以满足底盘上电机、电机驱动等的安装要求。每层板的四个边角都有4个孔用以定位铜柱。第二层板可以用来放置Arduino芯片，Arduino与底盘各模块间的连线统一从一个直径较大的孔穿过，避免接线混乱。在第二层板前端还要安装openMV摄像头，摄像头高度大约为70mm，高于铜柱。因此需对第三层板前面一小部分进行切割，确保摄像头能够安装。第三层板在被切割过的基础上，前端也有固定孔与舵机支撑底座连接，从而固定机械手。通过泡沫胶固定两个盒子存放机械手夹取的小球。装配好的智能小车实物图如图1.4所示。图1.4智能小车实物图1.2智能小车的程序调试智能小车的主体结构和主要控制元器件安装完成后，就可以通过编写程序控制智能小车的运动了。由前面的内容可以知道，要想实现对小车运动轨迹的控制，必须用到PID控制，而PID控制的关键就是确定合适的3个参数：Kp、Ki、Kd。程序调试实际上就是根据小车的运动情况调整参数大小，以达到最佳控制效果。根据PID控制原理，对于智能小车轮子的转速的系统控制，PID控制器中三个参数起着不同的作用。

比例系数Kp主要起到让实际速度稳定在目标值上下的作用，也就是决定着速度曲线的振荡幅度，与系统的稳定性相关。一般来说，Kp越大，振荡幅度越小，但Kp值也不可太大，Kp太大会使速度曲线产生新的振荡。Kp这个参数大小的选定与所使用的电机驱动的能力以及电源的电压值有关，驱动能力越强，所需的Kp值一般越大。

积分系数Ki起着使速度曲线的中心值接近目标值的作用，也就是用来消除稳态误（静差），Ki越大，速度曲线达到稳定的速度越快。但Ki过大，会导致波形来回大幅度振动。因此Ki值的大小应适中。

微分系数Kd用来削弱超调幅度，改善系统的动态性能，起到超前调节的作用。当Kd值给得偏大，超调幅度不会产生明显的变化，且会有要振荡的趋势，而Kd值只是起到对Kp、Ki的补充作用，因此Kd值不宜偏大。

PID控制的这3个参数之间并不是相互独立的，并不是先调节的参数确定了之后就不再改变，调一个参数时又要改变另一个参数的情况是经常出现的,各个参数的变化是会相互影响的。因此调节PID参数是一个并不容易的过程，难以在短时间内完成，需要付出时间和耐心。首先在小车底部放置支撑物让其悬空，进行PID参数的调试。参阅网上PID参数调试的方法，一般先进行纯比例调节，即令Ki、Kd为0，从0开始逐渐增大Kp值，通过串口监视器观察速度曲线，当曲线开始振荡时，减小Kp值，直至振荡消失，记录此时的Kp值。采用的Kp值为记录值的60%-70%。如图1.5所示，速度曲线离目标曲线还有一段距离，这段距离就是静态误差，通过增大Ki值可以消除这种误差。图1.5纯比例调节速度曲线图确定Kp后，先设定一个初始值较大的Ki值，与Kp值的确定相反，先由大往小调，直至曲线出现振荡，再逐渐增大Ki值，直至振荡消失，PID设定的Ki为当前值的150%-180%。如图1.6，速度曲线虽然还有小幅度的振荡，但已经基本与目标速度曲线重合。之后还可以通过改变Kd值进行调整。图1.6调节Ki值速度曲线图确定Kd值的方法与确定Kp、Ki一样，一般取曲线振荡消失时的30%。由于使用4个单独的电机进行驱动，也就是需要得到4组PID参数。对4个轮子的转速同时进行PID参数调节时，相互之间会有一定的干扰，同时小车放在地面上运动与悬空时的情况轮子的转速会有很大的区别。因此PID参数调试应观察小车在路面运动时的速度曲线，经过不断的调整再观察，确定出一套合适的PID参数。由于实际存在的偏差，即使给4个麦轮相同的转速并加上PID控制，也无法保证小车直线行驶。可以通过轮子设定的目标速度，例如稍微增大其中一个轮子的目标速度，稍微减小另一个轮子的目标速度。根据这种方法进行调整，可以实现智能小车的直线行驶。能使小车实现直行的四个轮子的速度曲线如图1.4所示。