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第七届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛 电磁组直立行车参考设计方案 （版本 2.0） 平衡控制 速度控制 方向控制 竞赛秘书处 2012-3-1 1 目录 目 录.................................................................................................................................... 2 图表索引.................................................................................................................................... 3 一、前言.................................................................................................................................... 7 二、原理篇................................................................................................................................ 9 2.1 直立行走任务分解.............................................................................................................. 9 2.2 车模直立控制.................................................................................................................... 11 2.3 车模角度和角速度测量................................................................................................... 19 2.3 车模速度控制.................................................................................................................... 26 2.4 车模方向控制.................................................................................................................... 33 2.6 车模直立行走控制算法总图............................................................................................ 36 三、电路设计篇...................................................................................................................... 37 3.1 整体电路框图.................................................................................................................... 37 3.2 DSC介绍与单片机最小系统 ............................................................................................ 39 3.3 倾角传感器电路................................................................................................................ 42 3.4 电机驱动电路.................................................................................................................... 44 3.5 速度传感器电路................................................................................................................ 45 3.6 电磁线检测电路................................................................................................................ 46 3.7 角度计算电路................................................................................................................... 50 3.8 车模控制电路全某某........................................................................................................... 55 四、机械设计篇...................................................................................................................... 57 4.1 车模简化改装.................................................................................................................... 57 4.2 传感器安装........................................................................................................................ 59 4.3 注意事项............................................................................................................................ 63 五、软件开发篇...................................................................................................................... 64 5.1 软件功能与框架................................................................................................................ 65 5.2 DSC的硬件资源配置 ........................................................................................................ 68 5.3 主要算法及其实现............................................................................................................ 69 六、车模调试篇...................................................................................................................... 82 6.1 调试参数........................................................................................................................... 82 6.2 调试条件............................................................................................................................ 85 6.3 桌面静态参数调试........................................................................................................... 91 6.4 现场动态参数调试......................................................................................................... 101 6.5 方案改进与车模整体水平提高..................................................................................... 101 七、结束语............................................................................................................................ 102 附录：.................................................................................................................................... 103 2 图表索引 第一章 图 1- 1 电磁组车模直立运行模式........................................................................................................ 7 图 1- 2 参考设计方案内容..................................................................................................................... 8 图 1- 3 车模制作路线图........................................................................................................................ 9 第二章 图 2- 1 车模控制任务分解.................................................................................................................. 10 图 2- 2 车模倾角会引起车速速度变化.............................................................................................. 10 图 2- 3 三层控制之间相互配合.......................................................................................................... 11 图 2- 4 保持木棒直立的反馈控制...................................................................................................... 12 图 2- 5 通过车轮运动保持车模直立.................................................................................................. 12 图 2- 6 车模简化成倒立的单摆.......................................................................................................... 13 图 2- 7 普通单摆受力分析.................................................................................................................. 13 图 2- 8 不同阻尼力下的单摆运动...................................................................................................... 14 图 2- 9 在车轮上的参照系中车模受力分析...................................................................................... 14 图 2- 10 车模控制两个系数作用........................................................................................................ 16 图 2- 11 车模运动方程........................................................................................................................ 16 图 2- 12 加入比例微分反馈后的系统框图........................................................................................ 17 图 2- 13 电机在不同电压下的速度变化曲线.................................................................................... 18 图 2- 14 加速度传感器原理................................................................................................................ 19 图 2- 15 MMA7260 三轴加速度传感器.............................................................................................. 20 图 2- 16 车模运动引起加速度信号波动............................................................................................ 21 图 2- 17 实际测量MMA7260Z轴信号 ............................................................................................... 21 图 2- 18 车模运动引起加速度Z轴信号变化 ..................................................................................... 22 图 2- 19 角速度传感器及参考放大电路............................................................................................. 22 图 2- 20 角速度积分得到角度............................................................................................................ 23 图 2- 21 角速度积分漂移现象............................................................................................................ 23 图 2- 22 通过重力加速度来矫正陀螺仪的角度漂移........................................................................ 24 图 2- 23 双加速度传感器获得车模角加速度.................................................................................... 25 图 2- 24 角度控制框图........................................................................................................................ 25 图 2- 25 电机速度检测........................................................... 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 ND C83 104 C22 2 1000μF U9 AS1117-3.3 3 IN OUT 2 GND C93 104 C92 1 104 右轮 光码盘 +5V C84 106 3.3V C94 106 R34/51k R36/10k C31/0.1 (3)传感器放大 图 7  4 参考方案电路全某某 107 7、参考设计工程设计文件 可以在竞赛网站下载到本文介绍参考设计方案软件工程文件。“直立车模参考设计方 案 DSC 软件工程文件.RAR”。 8、DSC 工程目录与文件说明 （1）SMMNew1\Code 目录：保存由 Codewarrior 中 PE 自动生成 DSC 的各模块的驱动 程序文件。 （2）SMMNew1\AppCode 目录：保存车模控制算法文件。其中： CARSUB.C, .H: 车模全部控制函数文件，头文件。 CONFIG.C, .H: 车模控制参数 FLASH 存储函数文件，头文件。 DEBUG.C, .H: 车模串口调试函数文件，头文件。 F8013.C, .H: F8013 底层函数文件，头文件。 108 [文章尾部最后500字内容到此结束,中间部分内容请查看底下的图片预览]该文档为免费文档，内容和预览一致，预览是什么样的内容就是什么样的。

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