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第九届“飞思卡尔”杯全国大学生 智能汽车竞赛 技 术 报 告 基于PID算法的图像处理智能车控制系统设计 学 校：南阳理工学院 队伍名称：南工五队 参赛队员：魏万里 李柯磊 李波波 带队教师：高有堂 徐源 关于技术报告和研究论文使用授权的说明 本人完全了解第九届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛有关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。 参赛队员签名： 魏万里 李柯磊 李波波 带队教师签名：高有堂 徐源 日 期：2014.08.15 目 录TOC \o 1-3 \h \u 2.2 智能车系统控制方案的设计…………………………………………………………………………………2 附录………………………………………………………………………………………………………………………………….18 第一章 引言 智能汽车比赛关键就是能以较快的速度在符合组委会规定下完成比赛，由此我们把小车重要控制模块分为三类：环境感知系统、自主决策系统、操作执行系统。这三个组成部分相互联系、相互制约，共同完成控制任务。 环境感知系统：主要包括感知路面信息的传感器和感知车体状态的传感器。我们选用CCD摄像头获取赛道信息使用编码器获取车体当前速度。 自主决策系统：通过对单片机的编程来实现决策控制。 操作执行系统：即硬件系统，主要是相关驱动电路。 三个系统相互合作，帮助小车跑的更快更好。 比赛要求在组委会提供统一智能车竞赛车模下选用飞思卡尔公司的指定控制芯片，该车选用32位微处理器MK60DN512VLQ10为控制核心，应用BDM 在线调试，采用IAR软件、无线串口、红外遥控等作为调试工具进行调试，制作出一个能够自主识别路线的智能车，它将在专门设计的跑道上自动识别道路来行驶。比赛要求在不违反大赛规则的情况下以最短时间完成单圈赛道竞速。 第二章 系统控制策略 2.1 智能车系统控制的特点 为保证小车一直沿着两根黑色的引导线快速行驶，我们对小车的转向和车速特别关注，即应使小车在直道上以最快的速度行驶，在进入弯道的时刻适当减速，且差速转向要适合弯道的曲率，确保小车平滑地转弯，并在弯道中保持恒速运行。从弯道进入直道时，小车内侧轮加速，使车回到中间并加速行驶，速度应该立即得到提升，直至以最大的速度行进。为实现上述控制思想，我们采用不同的控制方法来控制小车的转角和速度。 2.1.1 转弯的控制 车转弯的原则是：小车处于直道，则两个车轮等速。小车处于弯道的曲率越大，则两轮的差速越大。 2.1.2 车速的控制 由于小车比赛的赛道是未知的，弯道的分布情况也不能确定，小车可能频繁的进出弯道，且不停的调整速度来适应不同轨迹。所以，本系统需要对智能车的速度进行优化控制，使得小车的速度能够频繁地变化，且能在很短的时间内由当前速度转变为期望的转速。基于以上几点考虑，本系统选择了PID控制算法来控制转速。设计思路如下：车轮安装的旋转编码器可以在后轮旋转一圈后产生100个脉冲，所以，本系统通过每一段时间（dt）读入脉冲数间接测得转速（speed），将转速（speed）与期望小车运行的速度（speed_enactment）比较，由以下公式求得速度偏差（ek）与速度偏差率（dek）。 ek = speed_enactment – speed; （公式1） dek = ek – ek1; （公式2） 公式2中的ek1为上一时刻的ek,经过增量式PID算法，以及对其参数的反复调试，我们就可以得出PWM输出信号，该信号可以控制后轮的驱动电机来调整小车行驶速度。 2.2 智能车系统控制方案的设计 本系统根据路径识别单元和车速检测单元获得的路径和车速当前信息，控制直流驱动电机调整智能车的行驶方向和速度，最终目的是使智能车在直道行驶时方向迅速保持稳定、不抖动，同时速度迅速升到最大值并达到稳定。小车在行驶过程中会遇到以下几种情况： （1）当小车由直道高速进入弯道时，转弯方向和车速应根据弯道的曲率迅速做出相应的改变，原则是弯道曲率越大则方向变化角度越大，车速越低。 （2）小车还会遇到大小S弯，回环弯等多种复杂的赛道，在判断出前方赛道路况的基础上，要根据各种不同的路况对算法做出相应的改变，以期能快速、平稳地通过赛道。 小车角度的控制采用开环控制。