基本信息
- 项目名称：
- 快速智能车的设计及其算法的优化
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 现如今，快速循迹智能车在大学科技作品中非常流行，基于各种原理的智能车在各种比赛中层出不穷，这些车都是基于微处理器控制的，这就使得车的性能与控制算法密切相关。通过本次研究，我们会研制出一种更优化的智能车外形，并且对其中的算法进行优化，使其能在同类产品中独领风骚。
- 详细介绍：
- 本作品分两部分，第一部分为硬件的设计，第二部分为软件算法。 硬件部分 传感器部分采用红外发射管和红外接收管来采集跑道的信息，传感器到前轴的距离L1与前轴到后轴的距离L2之比 L1:L2 = 1.2 : 1 这个比例是综合车的动力性与控制的平稳性后，最终选择的最佳比例。 电机部分采用轻型直流马达，这种马达专为竞速的赛车设计，重量轻，速度快。 硬件电路方面，本系统以瑞萨 H8/3048F-ONE 单片机为核心，该款单片机是瑞萨公司专为动力控制系统所设计，其内部集成了A/D转换电路，将模拟信号转换为数字信号。 软件部分 本系统采用了模糊算法与PID算法（比例积分控制）相结合的控制。 模糊算法主要是在直道部分运用，当传感器检测到赛车偏离跑道中心线后，会根据实验所得数据控制赛车向赛道中心方向转一个固定角度，这个角度是根据实验所得到的一个模糊的值，所以称这种算法为模糊算法。 而在弯道部分，本系统采用了PID算法，在控制过程中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID算法是应用最为广泛的一种自动控制算法。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相对独立，参数的选择比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于“一阶滞后+纯滞后”（本系统属于一阶滞后+纯滞后）、“二阶滞后+纯滞后”的控制对象，PID算法是一种最优的算法。 在PID算法中，首先需要采集大量的数据，这也是我们工作量较大的地方之一，在采集完大量数据之后，我们利用计算机软件对这些数据进行处理，然后确定单片机控制程序。 本系统经过调试后，速度可以达到约3M/s，在“瑞萨超级MCU模拟车挑战赛”上，单圈时间为15.7s，达到了预期的目标。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本项目所研究的智能车控制系统可以分为两个大的子控制系统，它们分别是方向控制系统和速度控制系统。方向控制系统能使智能车沿着导引白线行驶而不偏移， 速度控制能使智能车在直道上加速行驶而在入弯时刹车减速以尽量提高行驶速度和避免因入弯速度过快而造成的冲出跑道。主要包括主控制、电源管理、路径识别、转向舵机、电机驱动、车速检测六大模块组成。智能车安装包括电池部分的安装，舵机的安装，传感器的安装以及车速检测模块的安装。 采用PID算法与模糊算法相结合的程序算法，使得小车运行更平稳。 本项目设计并实现了一种基于瑞萨 H8/3048F-ONE 单片机为核心的智能车，智能车通过 8个红外传感器接收赛道信息，通过A/D转换器将信息传给主控制模块，若赛道信息有变化，主控模块根据当前智能车所处的状况运用方向控制算法和速度控制算法分别对智能车方向和速度进行分析，通过改变舵机和电机 PWM 占空比的方法来改变智能车的方向和速度。同时智能车还采用一个编码盘和红外接收器的方式在智能车后轴部分进行测速，通过bang-bang 控制对智能车车速进行控制，车速检测设备是红外传感器的补充，两者联合起到达到控制车速的目的。可以实现智能车系统稳定，能够快速稳定的寻白线行驶，且速度响应时间快，稳态误差小，抗干扰能力强，最高车速可以达到 3M/S左右。
科学性、先进性
- 1、采用现阶段比较流行的PID算法 2、主控芯片采用专门用于运动控制的瑞萨H8/3048F-ONE单片机 3、本系统可对智能车未来的发展产生指导作用
获奖情况及鉴定结果
- 在2011年5月参加哈尔滨工程大学团委主办的五四杯学生科技作品竞赛，在哈尔滨工程大学启航阳光大厅进行评比及展览，最终获得该比赛的二等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 作者保留作品的商业价值，如果有机构欲进行学术研究，可与作者联系，作者会酌情将关键技术转让。
作品可展示的形式
- 视频及现场展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本系统可应用在民用或者军事领域。用于人类不可到达的区域的探测。也可用于国内各种智能车竞速比赛，例如robocup、瑞萨智能车挑战赛等。
同类课题研究水平概述
- 目前国内外的智能车比较成熟，但大部分采用了闭环控制算法，与本系统的算法有所不同。
