根據(jù)競(jìng)賽規(guī)則相關(guān)規(guī)定，智能車(chē)系統(tǒng)采用大賽組委會(huì)統(tǒng)一提供的 E 型車(chē)模，以恩智浦半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 32 位微控制器 MK60DN512ZVLL10 作為核心控制器，在 IAR 開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。本智能車(chē)系統(tǒng)包括以下幾個(gè)模塊：電源管理模塊、液晶顯示模塊、信號(hào)處理模塊、起跑線(xiàn)檢測(cè)模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、按鍵輸入模塊、藍(lán)牙模塊、MCU 模塊、超聲波模塊、編碼器測(cè)速模塊等。本次競(jìng)賽要求小車(chē)直立尋線(xiàn)走，使直立、速度、方向控制由同一個(gè)電機(jī)完成，要進(jìn)行不同的控制，達(dá)到盡量解耦控制的效果。

　　1、首先通過(guò)AD采集陀螺儀角度和角速度使用PD算法完成小車(chē)直立環(huán)控制；

　　2、由于小車(chē)機(jī)械原因引起小車(chē)兩個(gè)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)存在偏差，所以我們用了左右兩個(gè)編碼器對(duì)左右輪進(jìn)行測(cè)速，將得到的值與我們給定的速度進(jìn)行比較，用過(guò)PID的簡(jiǎn)單閉環(huán)控制達(dá)到近似勻速的效果；

　　3、在方向方面我們通過(guò)兩個(gè)電感進(jìn)行一字型擺放，通過(guò)放大電路放大兩電感的值，通過(guò)AD采集，由于電感內(nèi)的感應(yīng)電壓與電流之間的距離的平方成正比，所以我們將AD采集的值進(jìn)行開(kāi)平方根后在使用差比和的方式獲得兩個(gè)電感之間的關(guān)系，然后通過(guò)簡(jiǎn)單的模糊PID控制，實(shí)現(xiàn)尋線(xiàn)的效果。

　　電磁組比賽要求車(chē)模在直立的狀態(tài)下以?xún)蓚€(gè)輪子著地沿著賽道進(jìn)行比賽，相比四輪著地狀態(tài)，車(chē)?？刂迫蝿?wù)更為復(fù)雜。為了能夠方便找到解決問(wèn)題的辦法，首先將復(fù)雜的問(wèn)題分解成簡(jiǎn)單的問(wèn)題進(jìn)行討論。

　　根據(jù)比賽規(guī)則要求，維持車(chē)模直立也許可以設(shè)計(jì)出很多的方案，本參考方案假設(shè)維持車(chē)模直立、運(yùn)行的動(dòng)力都來(lái)自于車(chē)模的兩個(gè)后車(chē)輪。后輪轉(zhuǎn)動(dòng)由兩個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。因此從控制角度來(lái)看，車(chē)模作為一個(gè)控制對(duì)象，它的控制輸入量是兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。車(chē)模運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)可以分解成以下三個(gè)基本控制任務(wù)：

　?。?）控制車(chē)模平衡：通過(guò)控制兩個(gè)電機(jī)正反向運(yùn)動(dòng)保持車(chē)模直立平衡狀態(tài)。

　?。?）控制車(chē)模的速度：通過(guò)調(diào)節(jié)車(chē)模的傾角來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)模速度控制，實(shí)際上最后還是演變成通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輪速度的控制。

　?。?） 控制車(chē)模方向：通過(guò)控制兩個(gè)電機(jī)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)差速實(shí)現(xiàn)車(chē)模轉(zhuǎn)向控制。

　　車(chē)模直立和方向控制任務(wù)都是直接通過(guò)控制車(chē)模兩個(gè)后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成的。假設(shè)車(chē)模電機(jī)可以虛擬地拆解成兩個(gè)不同功能的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，它們同軸相連，分別控制車(chē)模的直立平衡、左右方向。在實(shí)際控制中，是將控制車(chē)模直立和方向的控制信號(hào)疊加在一起加載電機(jī)上，只要電機(jī)處于線(xiàn)性狀態(tài)就可以同時(shí)完成上面兩個(gè)任務(wù)。

　　車(chē)模的速度是通過(guò)調(diào)節(jié)車(chē)模傾角來(lái)完成的。車(chē)模不同的傾角會(huì)引起車(chē)模的加減速，從而達(dá)到對(duì)于速度的控制。

　　三個(gè)分解后的任務(wù)各自獨(dú)立進(jìn)行控制。由于最終都是對(duì)同一個(gè)控制對(duì)象（車(chē)模的電機(jī)）進(jìn)行控制，所以它們之間存在著耦合。為了方便分析，在分析其中之一時(shí)假設(shè)其它控制對(duì)象都已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定。比如在速度控制時(shí)，需要車(chē)模已經(jīng)能夠保持直立控制；在方向控制的時(shí)候，需要車(chē)模能夠保持平衡和速度恒定；同樣，在車(chē)模平衡控制時(shí)，也需要速度和方向控制也已經(jīng)達(dá)到平穩(wěn)。這三個(gè)任務(wù)中保持車(chē)模平衡是關(guān)鍵。由于車(chē)模同時(shí)受到三種控制的影響，從車(chē)模平衡控制的角度來(lái)看，其它兩個(gè)控制就成為它的干擾。因此對(duì)車(chē)模速度、方向的控制應(yīng)該盡量保持平滑，以減少對(duì)于平衡控制的干擾。以速度調(diào)節(jié)為例，需要通過(guò)改變車(chē)模平衡控制中車(chē)模傾角設(shè)定值，從而改變車(chē)模實(shí)際傾斜角度。為了避免影響車(chē)模平衡控制，這個(gè)車(chē)模傾角的改變需要非常緩慢的進(jìn)行。這一點(diǎn)將會(huì)在后面速度控制中進(jìn)行詳細(xì)討論。