智能车不同姿态运行状态下的速度控制算法

张允硕 甄海锋 姜正义

摘要：全国大学生智能车竞赛中，三轮组要求车模以水平和直立两种姿态运行，由于直立要求车模质量均衡，而切换到水平状态下容易前轮抬起，传统的控制算法难以满足比赛要求。针对此问题，本文提出一种角度、速度串级控制算法，使车模抬起角度对速度产生抑制，实现水平姿态的稳定运行，实验结果表明，该算法及控制策略对车模角度控制非常有效，在保证水平姿态高速状态下仍可保持前轮贴地运行。

关键词：智能车;串级控制;姿态切换

问题引出

高度智能化的无人驾驶技术，是智能汽车研究热点。为了提高汽车在自动驾驶过程中鲁棒性要求，在最新一届的智能车竞赛中，提出要求将直立车模可以在直立和水平状态下任意切换运行。竞赛中，要求智能车能识别出断路区并迅速切换运行姿态，并在下一次断路区内切换回来，赛道中间有坡道元素，最终以用时最短的队伍获胜。

1速度控制算法设计

本文以恩智浦公司在“全国大学生智能汽车竞赛”中指定的D型车模为研究对象。该车模参数为：车长30cm，车宽25cm，车高15cm，车重约863g，用电感检测赛道中的铜线电流大小为100mA，頻率为20kHz，波形为方波的电流变化。

在车模直立运行过程中，直立与速度实现串级控制，将速度环PID控制器计算输出作为直立环输入偏差，直立环PID控制器输出PWM到电机，使车模维持一定角度前进，由此得到启发，当车模以水平状态运行时，将车模运行零点置零，即水平贴地状态时零点，将直立环PID控制器输出作为速度环偏差输入，车模运行过程中如果角度有抬起，则直立环输出为负，使速度环输出减小，车模减速，获得向后的加速度，车模继续以水平状态前进。

2控制过程

当我们设定一个速度值，此时由陀螺仪测得当前角度值加上设定值送给角度PID控制器，此时我们用到PD控制器，即，为测量角度，为测量角速度，得到结果送给副控制器，副控制器中使用编码器测量实际速度，这里使用的是PI控制器，副控制器计算公式为，为编码器测得的实际速度值，为积分量，得到最后的输出送给电机，当角度变化时，比如抬头，变小，使得减小，此时作为副控制器的设定值，使得最终输出到电机的值减小。

3测试效果

不论车模在低速或高速状态下，均可从直立切换成三轮形态，且车模运行稳定，具有良好的鲁棒性，能够在不同的速度和路况的情况下完成姿态转变，能够良好的完成比赛任务，并在竞赛中取得良好成绩。

参考文献

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