电磁导引车控制算法研究与设计+文献综述(4)
第五章，电磁导引两轮自平衡智能车速度控制。本章首先通过分析车模速度控制和直立控制的关系，给出了电磁导引两轮自平衡智能车速度控制的控制算法。然后，为了使电机对车模直立控制、速度控制、方向控制的控制量之和响应得更快、更准，结合第三章第一节的后轮驱动系统建模，设计了电机内环控制算法并进行了matlab仿真。
第吹冰章，电磁导引两轮自平衡智能车方向控制。本章首先简要介绍了电磁导引赛道路况信息的采集方法，给出了车模方向控制规律并设计了赛道路况识别算法，最后依据第三章对电磁导引两轮自平衡智能车系统所建的数学模型并借助matlab对系统进行了总仿真，为系统的实际调试做准备。
第七章，本章首先介绍了系统的分模块测试方法，主要是卡尔曼滤波器的参数调试、电机特性曲线测试、电机内环控制的参数调试，通过最终的系统参数和测试曲线验证了所设计的卡尔曼滤波器模型以及建立的后轮驱动系统模型的正确性。另外还介绍了系统联调的过程，并给出了最终调试效果较好时的直立控制、速度控制、方向控制的控制参数及测试曲线，验证了所建立的电磁导引两轮自平衡智能车的数学模型的正确性。最后给出了调试过程中遇到的问题及解决方法。
2 电磁导引两轮自平衡智能车系统总体设计
2.1 电磁导引两轮自平衡智能车系统设计要求
在本次全国大学生智能车竞赛中，规定电磁组比赛车模需仿照两轮自平衡电动车的行进模式进行直立行走，即让车模以两个后轮驱动进行直立行走，并要求所设计的小车具有自主寻迹功能，车模通过感应由赛道中心电线产生的交变磁场进行路径检测，并能在指定的赛道上高速、稳定地运行。
2.2 电磁导引两轮自平衡智能车系统组成结构
根据电磁导引两轮自平衡智能车系统的设计要求可知，该系统的基本组成模块包括：车模姿态检测模块、后轮驱动模块、电磁线检测模块，另外还需要的辅助模块包括：无线通讯模块、人机接口模块。电磁导引两轮自平衡智能车系统的总体组成结构如下图2.1所示。
图2.1 电磁导引两轮自平衡智能车系统总体组成结构
如图2.1所示，电磁导引两轮自平衡智能车主要由如下吹冰个部分组成：
（1）单片机最小系统：这部分的作用是对系统采集的数据信息进行分析处理，并依据设计的直立、速度、方向控制算法做出相应的控制决策，是智能车的“大脑”。
（2）车模姿态检测模块：该模块利用陀螺仪和加速度计获取车模的倾角和角速度信息，并通过卡尔曼滤波算法将车模倾角和角速度信息进行数据融合，得到较为准确的车模倾角和角速度，为车模的直立控制提供决策依据。
（3）后轮驱动模块：该模块包括单片机的PWM脉冲产生模块、脉冲累加器模块、光电隔离、H桥功率装置、直流电机以及测速编码器，通过单片机的PWM输出来控制电机转速，并通过测速编码器将车轮转速反馈给单片机最小系统，为车模的速度控制提供决策依据，最终在保持车模平衡的同时控制车速。
（4）电磁线检测模块：该模块用于获取赛道路况信息，为车模的方向控制提供决策依据。
（5）无线通讯模块：该模块可以将智能车行驶过程中的数据实时发送至上位机，进而通过上位机的数字示波器软件观察系统的实时响应曲线，大大地提高了调试智能车的效率。
（6）人机接口模块：该模块可以用来实时显示所需观察的变量，并可借助于键盘和拨码开关离线设定系统参数，方便调试智能车。