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創意德霖盃 -二輪平衡車競速大賽 程式設計文件 學 校：德霖技術學院 隊 名：穠纖合度 指導老師：何 翊 老師 高玉馨 老師 隊 員：黃敬哲 楊博任 張主羣 梁信智 一、 程式結構 本程式是使用 MINDSTORMS Edu NXT圖控軟體進行設計，由於軟體 本身並無陀螺儀之元件，需上 HiTechnic官方網站下載後並安裝，才可以使 用陀螺儀元件進行設計。 一開始是接收藍芽啟動訊號後，先叫一聲表示已收到訊號，在來執行讀 取陀螺儀基準值並累加起來的 1000 次回圈後，在將值除以 1000取得平均 值，完成後再叫一聲表示已經完成基準值設定步驟。 第二次接收到藍芽訊號後叫一聲，將目前陀螺上即時輸入的訊息與上步 驟所設定的基準值進行相減後，將的值視為偏斜角度，在無限回圈內一直重 複此動作藉此進行立即性的判斷傾斜角度。 在上述程式起動時同時進入主要的控制程式的無限回圈；首先先將 P 、 I 、D 三個值給予預設值，分別是 25 、1000 、1 ，此預設值將會影響到回圈內 的計算結果，回圈內主要是 PID 控制的計算過程，目的是要控制馬達的馬 力以及方向，藉此保持平橫狀態。 二、 機器結構 本機體架構主要設計是將重心降低，盡量降低在輪胎上，這樣一來所搖 擺的力距較小，比起重心在中央位置的機體來說機體晃動程度相對降低非常 多，因此在上方的陀螺儀也比較不容易因為晃動角度太大，而超過正負360 度而失靈，所以我們將伺服馬達盡量與 NXT 接近平行，並且為了穩定機體 避免解體，所以各處都裝有插硝讓機構穩固，不過為了將重心下拉所以下半 段零件較多將重量下壓穩定底盤，也因為我們所使用的是鋰電池，厚度比一 般鹼性電池還厚，所以 NXT後方比起前方來還要重，所以在造形上前方的 加長的突出物是為了將前後保持平衡狀態，而前排的齒輪部份主要是利於我 們方便對準陀螺儀的基準值，因為人的呼吸會使得手部會有輕微的晃動，這 一點輕微的晃動都會有所影響，所以我們做了架子並利用前方的齒輪來方便 我們更穩定及精準的找到基準值，二來是為了輕微的破壞前後的平衡，為了 讓車子順利向前行走，所以將重心些微的往前一點，造成平衡被破壞所以會 向前行走；輪軸部份因為輪胎及伺服馬達都有些微的誤差，累積起來對於車 子的偏移會造成很大的影響，所以將兩輪軸串接起來，強迫兩輪同步化，如 此一來誤差值的影響將被減至最小，為了方便測試整個機體設計是左右對 稱，以降低其他因素的影響。 正面圖 背面圖 三、 其它說明 PID 控制原理 在工程實際中，應用最為廣泛的調節器控制規律為比例積分微分控制， 簡稱 PID 控制，又稱 PID調節。 PID 控制器問世至今已有近 60 年的歷史了， 它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制主要和可 靠的技術工具。當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數 學模型時，控制理論的其它設計技術難以使用，系統的控制器的結構和參數 必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用 PID 控制技術最為方便。即當 我們不完全了解一個系統和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系 統的參數的時候，便最適合用 PID 控制技術。 比例積分微分控制包含比例、積分、微分三部分，實際中