电磁导引车控制算法研究与设计+文献综述(3)
1.2.2 国内智能汽车研究现状
1.3 全国大学生智能车竞赛简介
受教育部高等教育司委托，高等学校自动化专业教学指导委员会负责主办全国大学生智能车竞赛。该项比赛已列入教育部主办的全国五大竞赛之一。此项赛事已在韩国举办过多届，其专业知识涉及控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等诸多学科，对学生的知识融合和动手能力的培养，对高等学校控制及汽车电子学科学术水平的提高，具有良好的推动作用[8]。
在本届比赛中，参赛选手依然须使用竞赛秘书处统一指定的竞赛车模套件，采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位、32位微控制器作为核心控制单元，自主构思控制方案进行系统设计，包括传感器信号采集处理、电机驱动、转向舵机控制以及控制算法软件开发等，完成智能车工程制作及调试，于指定日期与地点参加各分赛区的场地比赛，在获得决赛资格后，参加全国决赛区的场地比赛。参赛队伍之名次以赛车现场成功完成赛道比赛时间为主，技术方案及工程制作质量为辅来决定。大赛根据车模检测路径方案不同分为电磁、光电与摄像头三个赛题组。电磁组的车模是通过感应由赛道中心电线产生的交变磁场进行路径检测的。本届比赛中关于电磁组的规则与往年最大的不同是：车模运行时只允许动力轮着地，车模直立行走[9]。
图1.4 全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛比赛现场
1.4 本课题主要研究内容
本文以第七届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛为背景，对智能车后轮驱动系统及电磁导引两轮自平衡智能车系统建立数学模型，利用卡尔曼滤波算法对加速度计和陀螺仪获取的车模姿态信息进行融合滤波，实现对电磁导引两轮自平衡智能车的直立、速度、方向的PID控制，并添加电机内环控制提升智能车的电机响应性能。
本文具体的研究内容主要包括：
第一章，引言。本章首先介绍了课题研究背景及意义、国内外智能汽车研究现状以及全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛概况，最后介绍了本文的主要工作。
第二章，电磁导引两轮自平衡智能车系统总体设计。本章首先给出了电磁导引两轮自平衡智能车系统的设计要求，同时给出了系统的总体组成结构，介绍了系统中各主要功能模块，最后简要介绍了系统的工作原理。
第三章，两轮自平衡智能车系统数学模型的建立。本章首先建立了智能车后轮驱动系统的数学模型，并针对两轮自平衡智能车的简化模型，分别进行了动力学、运动学建模和车模运动轨迹的讨论，其中动力学模型基于牛顿力学方程来分析。本章将两轮自平衡智能车系统在平衡点附近进行了线性化处理，从而得到了系统的状态空间方程，为后续章节电磁导引两轮自平衡智能车的算法设计提供了理论依据。本章最后依据两轮自平衡智能车的系统参数设定和所建立的数学模型，对系统本身的稳定性和能控性进行了matlab仿真，证明系统各状态变量均完全能控。
第四章，电磁导引两轮自平衡智能车直立控制。本章首先简要介绍了车模倾角和角速度的测量，说明了加速度计和陀螺仪的输出信号无法准确反映车模的倾角和角速度，需要通过合适的滤波算法来获得准确而平滑的车模倾角和角速度信号。然后，简要介绍了卡尔曼滤波算法，并设计和仿真了车模倾角和角速度的卡尔曼滤波算法。本章最后简要介绍了PID算法并根据对两轮自平衡智能车的简化模型倒立摆的受力分析得到两轮自平衡智能车的直立控制规律。