全国智能汽车大赛-恩智浦杯-江苏理工学院-汽车电磁组.docx

第十一届“恩智浦”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告

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关于技术报告和研究论文使用授权的说明 1

目录 2

摘要 4

第一章智能车平台的设计 5

1.1设计理念 5

1.2整体方案框架 5

第二章车模直立原理及机械结构的调整 6

2.1直立行走任务分解 6

2.2车模直立控制 7

2.3车模速度控制 11

2.4车模方向控制 13

2.5车模倾角测量 14

2.6车模直立行走控制算法总图 18

2.7整体结构展示 20

2.8传感器 22

2.9传动结构的调整 23

2.10编码器 23

2.11PCB的安装 23

2.12机械结构小结 24

第三章硬件电路的设计 25

3.1传感器模块 25

3.1.1电磁传感器 25

3.1.2速度传感器 25

3.2KL26主控核心板模块 25

3.3电源管理模块 26

3.4电机驱动模块 26

3.5硬件设计小结 27

第四章软件系统设计 28

4.1软件设计总体框架 28

4.2车体赛道偏差判别 29

4.3电机PID控制 29

4.3.1PID算法 29

4.3.2模拟PID 29

4.3.3数字PID 29

4.4开发工具、制作、安装、调试 31

4.4.1软件编译环境 31

4.4.2上位机 31

4.4.3调试 31

第五章模型车的主要参数 33

5.1智能汽车外形参数 33

5.2智能汽车技术参数 33

总结 34

参考文献 35

附录 36

摘要

全国大学生智能汽车竞赛是以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动，是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。本竞赛以“立足培养，重在参与，鼓励探索，追求卓越”为指导思想，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能,倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。

本文设计的智能车以飞思卡尔32位kinetisMKL26Z256芯片为控制器，通过工字型电感为路径探测传感器，来进行路径识别以及转向控制。

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第一章智能车平台的设计

本章包含智能车平台整体的方案和思路：包括机械结构、电路搭建、赛道信息的采集和直立、方向及速度的控制等方案。

1.1设计理念

一个自动控制系统通常由三部分组成：传感器、控制器和执行器，智能车系统的基本结构也可分为这三个部分。小车制作的基本思路是通过传感器采集道路信息传给微控制器，微控制器对数据处理后控制执行器的工作。

1.2整体方案框架

在仔细研读了第十一届全国大学生智能汽车竞赛相关的比赛规则（后文简称赛规）之后，我们决定采用NXP的32位微控制MKL26Z256型号芯片作为核心控制单元对整个智能车系统进行控制。赛道信息由车体前方架设的几个工字型电感进行采集，经KL26MCU的AD口接收信号后，用于赛车的运动控制决策，同时内部发出PWM波，驱动直流电机对智能汽车进行加速和减速控制，同时通过控制直立车两个轮子的速度差来实现车体的转向，使赛车在赛道上能够自主循迹行驶。为了对赛车的速度进行精确的控制，在智能汽车电机输出轴上安装旋转编码器。控制芯片采集编码器转动时的脉冲信号，而后定时进行PID闭环控制。此外，还增加了OLED和拨码开关作为输入输出设备，用于智能汽车的速度和控制策略选择。

图1.1系统框图

第二章车模直立原理及机械结构的调整

2.1直立行走任务分解

电磁组比赛要求车模在直立的状态下以两个轮子着地沿着赛道进行比赛，相比四轮着地状态，车模控制任务更为复杂。为了能够方便找到解决问题的办法，首先将复杂的问题分解成简单的问题进行讨论。为了分析方便，根据比赛规则，假设维持车模直立、运行的动力都来自于车模的两个后车轮，后轮转动由两个直流电机驱动。因此从控制角度来看，由控制车模两个电机旋转方向及速度实现对车模的控制。车模运动控制任务可以分解成以下三个基本任务：

（1）控制车模直立：通过控制两个电机正反向运动保持车模直立状态；

（2）控制车模速度：通过控制两个电机转速速度实现车模行进控制；

（3）控制车模转