智能小车模块概述.ppt
2023/5/23,智能小车实践模块,中北大学仪器与电子学院,申冲,智能小车实践模块概述,目的：1、了解智能小车工作原理；2、锻炼电路板设计、焊接、编程能力；3、掌握数据采集与传输、以及基于MATLAB的滤波器设计；4、了解智能小车PID控制原理。,中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块,任务分解：1、智能小车驱动板电路设计、电路焊接与编程调试（5月6日-23日）电路设计：5月6日-9日，5月10日集中辅导时提交设计报告 电路焊接：5月10日-13日，完成电路板焊接，5月13日验收 编程：5月14日-17日，完成程序编写，5月17日验收 调试：5月18日-22日，完成小车调试，5月22日验收 提交第一阶段实验报告：5月23日,中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块,2、智能小车车载传感器数据采集与处理 MPU6050数据采集与传输：5月24日-25日 基于MATLAB的滤波器设计：5月26日-29日 提交一篇小论文或实验报告：5月30日3、智能小车速度与运行轨迹控制实验 基于MPU6050的智能小车控制：5月31日-6月3日 基于MPU6050的智能小车转向控制：6月4日-6月6日 集中验收：6月7日,中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块,内容,1、智能小车关键技术介绍2、MPU6050及信号处理技术3、智能小车的控制,中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块,2023/5/23,点击添加文本,如何让小车奔驰在跑道上,框架式思维,软件,硬件,程序书写格式,函数调用层次、参数传递,大量数据获取与处理,中断优先级、控制系统时间常数,一、框架式思维,电源电路,传感器,驱动电路,上位机通信,MCU控制核心,g_fGyroscopeAngleVelocity,中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块,2023/5/23,基本控制算法框图,中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块,2023/5/23,基本硬件参考方案,中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块,2023/5/23,如何让小车奔驰在跑道上,二、软件控制,器件操作,普通I/O,AD采集,PWM输出,UART无线串口通信,IIC、SPI 传感器通信,控制系统逻辑,中断优先级、控制周期设置,硬件访问层(数据采集与控制执行)业务逻辑层相耦合,控制系统之间控制量的耦合,控制算法的运算,中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块,2023/5/23,程序流程图,中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块,2023/5/23,基本硬件框图,中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块,2023/5/23,点击添加文本,速度、姿态检测传感器,光电编码器,MCU AB正交解码,速度解算,惯性测量单元,卡尔曼角度融合、简易四元数运算,倾角、姿态解算 辅助导航,中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块,2023/5/23,点击添加文本,电源、驱动电路,电源管理：,驱动电路：,能源效率?,相当于汽车排量,中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块,内容,1、智能小车关键技术介绍2、MPU6050及信号处理技术3、智能小车的控制,中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块,MPU6050,以数字输出6轴或9轴的旋转矩阵、四元数(quaternion)、欧拉角格式(Euler Angle forma)的融合演算数据。具有131 LSBs/sec 敏感度与全格感测范围为250、500、1000与2000/sec 的3轴角速度感测器(陀螺仪)。可程式控制，且程式控制范围为2g、4g、8g和16g的3轴加速器。移除加速器与陀螺仪轴间敏感度，降低设定给予的影响与感测器的飘移。VDD供电电压为2.5V5%、3.0V5%、3.3V5%；VDDIO为1.8V 5%陀螺仪运作电流：5mA，陀螺仪待命电流：5A10Hz 高达400kHz快速模式的I2C，或最高至20MHz的SPI串行主机接口(serial host interface)内建频率产生器在所有温度范围(full temperature range)仅有1%频率变化。,中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块,信号处理技术,信号噪声信号去噪方法 低通滤波器。巴特沃斯、切比雪夫、FIR等。多尺度分析方法。小波、EMD、LMD等。其他。卡尔曼、维纳滤波、时频峰值滤波等。,中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块,内容,1、智能小车关键技术介绍2、MPU6050及信号处理技术3、智能小车的控制,中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块,2023/5/23,PID控制算法,PID 控制是工程实际中应用最为广泛的调节器控制规律。问世至今 70 多年来，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。是竞赛中控制部分的核心与根基。,控制器理想方程：,计算机计算离散化：,中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块,2023/5/23,模糊控制算法,随着智能车竞赛的发展，竞赛对车模速度、稳定性、灵活性有了更高的要求。单纯的PID算法很难满足更高的标准。基于模糊控制、单神经元控制改进型的PID算法得以应用。,输入e,输出u,模糊推理,规则库R,PID控制器,PWM输出,执行系统,编码器摄像头,MCU运算,期望值,e,u,模糊值,模糊值,精确值,精确值向量err,derr,模糊化,去模糊化,模糊PID控制器算法结构,使用自然语言的思维控制难以用数学模型及状态方程描述的系统,隶属度函数,亦可用于不同控制量的相互耦合,例如转向与速度,中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块,2023/5/23,Matlab模糊工具箱,利用设计模糊控制文件建立Simulink模型,仿真后在ARM-Cortex环境下生成C语言嵌入式代码。,中北大学仪器与电子学院智能小车实践模块,
