基于PID的智能車(chē)車(chē)速控制研究

于璦雯

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種基于PID的智能小車(chē)，該小車(chē)包括電源模塊、電機(jī)控制、紅外循跡等子模塊。以kl26核心板為硬件控制中心，采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。給出了硬件結(jié)構(gòu)組成，搭建了小車(chē)控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)顯示，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)小車(chē)速度的精確控制，并在此基礎(chǔ)上可以根據(jù)需要添加各種功能應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能小車(chē) PID 車(chē)速控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TP18文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-9082（2020）06-0-01

在智能小車(chē)中，基于直流電機(jī)的控制模塊、識(shí)別模塊及轉(zhuǎn)向模塊是整個(gè)小車(chē)的硬件部分，它們需要能夠相互配合，才能平穩(wěn)地行駛[1]。相比其他算法而言，PID具有很多明顯的優(yōu)點(diǎn)，例如其算法簡(jiǎn)潔，處理速度快[2]?？刂浦蠵ID的誤差對(duì)整體控制模塊的影響很小，控制性能與相關(guān)參數(shù)有聯(lián)系，一般條件下，它是能夠滿(mǎn)足電機(jī)調(diào)速的要求的。通過(guò)光電編碼器獲得脈沖數(shù)，并計(jì)算車(chē)速，然后通過(guò)比較與給定速度之間的差異完成車(chē)速控制。由PID算法調(diào)節(jié)獲得PWM波輸出數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智能小車(chē)電機(jī)調(diào)速控制，以相對(duì)更短的時(shí)間實(shí)現(xiàn)速控，從而提高控制效果，其具有可靠性高、實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)的特點(diǎn)。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本智能車(chē)系統(tǒng)主要包括kl26核心板、電源管理模塊、測(cè)速模塊、電機(jī)控制模塊、舵機(jī)模塊和無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊。所有模塊含硬、軟件兩部分。完成了智能車(chē)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。搭建了電源控制模塊和驅(qū)動(dòng)電路，采用AltiumDesigner完成了相關(guān)設(shè)計(jì)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能小車(chē)原理結(jié)構(gòu)圖

硬件設(shè)計(jì)如下：

1.供電設(shè)計(jì)

電源部分采用電池供電，第一部分通過(guò)lm2596-adj芯片給舵機(jī)提供6V的電壓，根據(jù)公式Vout=1.23*（1+RH/RL），可得輸出電壓約為6V。另一部分通lm2596lm2596-5.0得到5V電壓，通過(guò)電壓，通過(guò)1117-3.3芯片將5V降成3.3V。此處單片機(jī)單獨(dú)用一個(gè)1117-3.3供電。

2.電機(jī)控制

智能車(chē)是利用直流電機(jī)操控后輪來(lái)驅(qū)動(dòng)的，通過(guò)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力為智能小車(chē)提供前進(jìn)和后退的動(dòng)力。采用4個(gè)IRF340，組成一個(gè)H橋電路，構(gòu)成單片控制的小功率直流電機(jī)伺服系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的加減速和正反轉(zhuǎn)的控制。

3.紅外循跡

本系統(tǒng)采用四個(gè)紅外光電對(duì)管實(shí)現(xiàn)循跡功能，每個(gè)紅外對(duì)管的發(fā)射管不斷地發(fā)射紅外線(xiàn)，當(dāng)發(fā)射出的紅外線(xiàn)沒(méi)有被反射回來(lái)或者被反射回來(lái)但是強(qiáng)度不夠大時(shí)，紅外接收一直處于關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)模塊的TTL輸出為高電平，相應(yīng)的指示二極管一直處于熄滅狀態(tài);當(dāng)黑線(xiàn)出現(xiàn)在檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，紅外線(xiàn)被吸收且強(qiáng)度足夠大，紅外接收管關(guān)斷，此時(shí)模塊的TTL輸出為高電平，指示二極管熄滅。

二、軟件開(kāi)發(fā)

按鍵進(jìn)行模式選擇，進(jìn)入不同模式后對(duì)目標(biāo)值進(jìn)行修改，通過(guò)PID算法對(duì)霍爾返回的測(cè)量值和目標(biāo)值進(jìn)行計(jì)算，返回增量，輸出PWM，實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的閉環(huán)控制。同時(shí)通過(guò)LCD、串口進(jìn)行速度等參數(shù)的顯示。

對(duì)應(yīng)控制程序中的主要命令如下：

if（gpio_get（PTC8）==0）//電機(jī)1測(cè)速

count=-tpm_pulse_get（TPM2）*10;

elsecount=tpm_pulse_get（TPM2）*10;

tpm_pulse_clean（TPM2）;

if（gpio_get（PTC10）！=0）//電機(jī)2測(cè)速

count1=-lptmr_pulse_get（）*10;

elsecount1=lptmr_pulse_get（）*10;

lptmr_pulse_clean（）;

ab=IncPIDCalc（count）;//電機(jī)1PID

ba=IncPIDCalc1（count1）;//電機(jī)2PID

motor_turn（ab，ba）;//返回給電機(jī)

三、系統(tǒng)調(diào)試

軟件方面我們采用了IAR7.3版本的編譯器進(jìn)行代碼的編寫(xiě)及調(diào)試，上位機(jī)程序采用了凌立印象上位機(jī)V3.0進(jìn)行串口收發(fā)數(shù)據(jù)。硬件上，使用的是自己繪制的KL26最小系統(tǒng)板連上一個(gè)雙電機(jī)的板配合軟件進(jìn)行

調(diào)試。

結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)智能小車(chē)車(chē)速控制需要簡(jiǎn)單易行的要求，設(shè)計(jì)了一種基于PID的智能控制系統(tǒng)，完成了小車(chē)硬件搭建和軟件編程等工作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該智能小車(chē)可以精確控制車(chē)速，并可根據(jù)需要添加各種功能應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]韓毅，楊天.基于HCS12單片機(jī)的智能尋跡模型車(chē)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2008，（18）：4736-4739.

[2]李晨，宓超.基于飛思卡爾單片機(jī)MC9S12XS128的智能車(chē)設(shè)計(jì)[J].上海海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，⑴：82-84.

作者簡(jiǎn)介：于璦雯（1999.08—）女，漢，河北滄州人，大連理工大學(xué)，本科在讀，研究方向：計(jì)算機(jī)技術(shù)。