直立智能车控制系统研究

两轮直立智能车在工业生产、生活和国防等领域具有广阔的应用前景.与四轮智能车相比,它对控制系统的稳定性和反应速度要求更高.本文优化了控制系统的平衡控制、速度控制和方向控制等核心模块的设计,实现了直立智能车更好的运行.     

一种光电平衡智能车设计

设计的光电平衡智能车方案以MC9S12XS128微控制器为核心控制器,采用TSL1401系列线性CCD作为采集跑道数据信息的传感器,用以对采集到的数据信息进行处理、计算分析后得出小车的行驶路径。在小车的直立、速度、方向控制上,硬件选择的是飞思卡尔公司的加速度传感器MMA7260、村田公司的陀螺仪ENC-03,软件控制采用PID控制算法,根据跑道的不同要求设计不同的控制策略。由于小车是直立两轮行走,需要对小车的机械结构方面进行设定,提高小车直立地在跑道上行走的稳定性。在调试方面,通过使用串口、LED状态指示灯等调试工具进行大量的硬件与软件测试,以此得出最终的设计方案。经实际结果测试,该智能车设计制作方案确实可行。     

多功能自平衡智能车控制平台的设计

介绍了多功能自平衡智能车控制平台的设计与实现。通过对系统需求的分析,完成了平衡车所需的主控部分、传感器部分硬件电路的设计,搭建了以PIC32MZ为核心的具有多功能的自平衡车。本设计完成的智能车具有以下特点:基于MPU9150传感器实现自平衡功能;具有GPS定位显示;控制系统具有较强的鲁棒性,在受到20°以内干扰时仍能回复到直立运行状态;具有良好的速度和方向闭环控制,同时兼具速度、角度、低电压等多种保护;具有良好的人机界面,可存储多组控制参数;智能车带有SD卡,可以文件系统形式读取和存储信息。经过该自平衡车的设计流程,可以进行电子电路设计、嵌入式系统硬件设计、嵌入式系统软件设计、控制理论验证等等一系列实验探索。     

基于超声波传感器的智能车模型设计

针对超声波传感器能够感知外部环境的特点,设计了具有避障功能的智能车。该系统以16位超低功耗MSP430单片机作为整个系统的主控核心,使用TCT40-16F/S超声波传感器均匀分布在智能车前方,通过主控系统处理超声波接受器传输过来的数据以及环境温度,控制电机驱动芯片L298的工作状态,从而实现智能车自动控制,达到避障的目的。对研制的智能车模型进行了实际测试,智能车能够在多障碍物环境中高速安全通过,没有擦、撞现象的发生,达到了避障的设计要求。     

电磁感应信号导航的智能车设计与实现

详细介绍了智能车的整个设计开发过程.控制器使用的是飞思卡尔单片机MC9S12XS128,在通电导线的引导下,用5个电感传感器来识别未知路径.整个系统模块主要由电源、电机驱动、核心控制、速度检测、传感器和辅助调试等模块组成,为智能车良好、稳定的运行提供硬件支撑.另外在开发工具、软件以及各种调试、测试手段的帮助下,成功完成了整个智能车系统的设计,使小车可以稳定地在赛道上运行.     

用步进电机改进位移式传感器实验系统

提出了一种位移式传感器实验系统的改进方案,方案采用微型步进电机控制位移传感器的位移量,在步进电机控制上采用了细分控制策略,细分控制驱动电路采用全桥PWM微型步进电机驱动器3957,实现直线步进电机的平稳运行,系统采用通用单片机AT89C52为控制核心,A/D转换采用12位A/D转换器AD574,满足系统的测量精度要求,采用独立式按键和1602液晶显示器实现人机对话功能。改进后的方案能在实现实验目的的基础上大大提高实验效率和实验数据的可信度,从而节约有限的课内实验学时,扩大了实验容量,提高了实验质量。     

智能车调试实验平台设计与应用

以全国大学生智能汽车竞赛为背景,设计了智能车调试实验平台。该实验平台支持Kinetis和MC9S12两个系列主流微控制器的同时,使用核心板接口的方式支持各种微控制器,扩展了其使用范围。该实验平台整合了智能车上需要使用的所有电路模块,包括电源管理、传感器信号采集与调理、伺服器、电机及其驱动等模块。配套的实验教材为制作智能车提供较为系统和完整的指导,降低了学生参加智能车竞赛的入门难度。该实验平台已经应用于本科生实验教学,并获得良好的教学效果。     

雷达监控半实物仿真教学系统设计

针对开放式四轴运动控制开发实验平台中存在的电机控制对象姿态无法直观观察问题,提出了雷达监控半实物仿真教学系统。该系统以电机为控制对象,以工控机和运动控制器为控制核心,通过控制器库函数实现了两个电机的位置与速度控制。以OpenGL建模技术建立了两自由度三维虚拟雷达,利用位置监控与定时器同步技术实现了虚拟雷达的方位轴、俯仰轴与电机的同步运动与控制。为了逼真模拟临场效果和增加教学效果,利用建模技术增加了机群模拟攻击和虚拟仪表的飞机监控功能。经测试该系统能够充分发挥实验平台的教学功能,解决其存在问题,并在实践教学中起到良好教学效果。     

电动车跷跷板

本次竞赛设计的电动车跷跷板采用STC12C2052AD单片机作为控制核心,控制电机驱动芯片L293D驱动电动小车进行前进、倒退、转向,利用红外接收、发射二极管做成的传感器,使小车按照指示路线行走,并通过重锤检测控制电动车的运动来保持跷跷板的平衡。     

基于模糊神经网络的多电机同步控制技术

针对多电机同步驱动伺服系统因不同电机特性、不平衡扭矩等因素引起的同步偏差问题,以数控机床双电机驱动系统为研究对象,以提高机床加工精度为目标,对双电机同步控制方法展开研究。传统PID控制参数无法自动调节,只能在特定工况实现最优控制。基于此,利用模糊规则推导神经网络的权重系数,实现系统参数满足不同作业条件下的需要。为验证算法的先进性,分别对传动轴的进给速度、控制电机的输入电流以及传动轴的位置误差进行仿真分析和测试。研究结果显示,与传统控制方法相比,本控制算法可有效实现从动电机对主动电机的跟随,减小两个传动轴的同步误差,从而大大提高工件的加工精度,抗干扰能力强,为多电机同步控制理论的研究提供一定参考。     

基于MC33886的智能车电机驱动电路设计

设计了基于MC33886芯片的新型智能车电机驱动电路,详细分析了芯片的特点以及电路功能.在驱动电路的输出端加入了短路自动断电保护电路.对驱动电路进行了20KHz、40%占空比的PWM驱动实验,证明该电路能够很好的实现电机驱动.     

基于STC12C5A60S2的智能循迹小车

设计了一种智能循迹小车,介绍了系统总体,STC12C5A60S2单片机为智能小车控制核心、电源模块、电机驱动电路、循迹传感器模块及相应软件设计方案。通过红外反射式传感器TCRT5000检测路面信息,单片机内部程序控制L298N全桥驱动芯片结合单片机输出的PWM信号控制小车左、右轮电机的运动速度,从而使小车能够沿着引导轨迹自动行驶,实现小车自动循迹的目的。试验结果表明,整个系统的电路结构简单,可靠性高,实现了预期的智能循迹小车功能。     

基于CMOS摄像头识别路径的智能车控制系统设计

介绍了一种基于CMOS摄像头路径识别的智能车控制系统.该智能车通过CMOS摄像头采集路面信息,利用图像处理技术进行路径识别,依靠舵机辅助智能车转向,使用直流电机驱动智能车前进.系统采用符合模糊PID控制算法的控制器对车的速度及转向进行精确控制,实现无人安全驾驶.     

直流电机同步控制系统设计

采用AVR单片机作为系统的控制核心,用带有转速信号输出的直流电机作为受控电机,形成闭环控制,实时地对电机进行转速采集并计算偏差,用PID算法计算控制量,控制量用PWM的方法驱动从动电机,使从动电机实现同步控制.通过反复调试,证明该系统方案、电路和程序的设计是正确的,并整定了较好的控制参数.在没有轮系等机械传动装置的情况下,实现了两轴转速的高稳态精度同步控制.     

悬挂控制系统的设计

本悬挂控制系统采用TI公司的MSP430F169单片机作为核心控制芯片,实现系统的坐标参数设定、自由运动控制、圆周运动、物体坐标位置显示物体循迹运动等功能。采用两个步进电机带动悬挂物体运动,采用PWM驱动芯片L298控制电机,反射式红外传感器检测黑线,实现物体的循迹运动。     

两轮自平衡车的设计与实现

以飞思卡尔E车模为模型,意法半导体stm32为控制核心,设计了一个两轮自平衡车。阐述了平衡车的硬件组成和软件设计,设计了单片机最小系统、电源模块、姿态检测模块的电路。给出了软件的总体设计框图,包括卡尔曼滤波算法、姿态检测和PID控制算法。该平衡车能够实现稳定、可靠地车体直立、匀速以及转向功能,表明算法准确有效。     

2013年度北京市科学技术奖一等奖获奖项目展示

大功率直线电机变频驱动系统关键技术研发及应用 主要完成单位：中国科学院电工研究所 该成果涉及电力电子、电机、电力拖动及自动化等多个学科领域。成果着力突破大功率直线电机分析设计与制造、大功率变频驱动系统及高性能控制等核心技术,研制出国家重点工程急需的大功率直线电机和变频驱动装置,实现国产化,摆脱对国外技术依赖。主要创新点有：     

基于16位单片机MC68S912DG128自寻迹智能小车的设计

采用飞思卡尔公司的MC68S912DG128芯片作为检测和控制的核心,设计并实现了一部能够自主识别路径的智能小车。该系统是由电源模块、后轮电机驱动模块、转向舵机控制模块、路径识别模块、辅助调试模块和控制核心模块6个部分组成。该系统能够很好地满足智能小车对路径识别性能和抗干扰能力的要求,可在专门设计的跑道上沿着轨道自主行驶,并在稳定的前提下达到一定的速度。     

基于MC9S12DG128单片机智能车设计与实现

该智能车控制系统采用MC9S12DG128 16位单片机作为唯一的核心控制单元,加以直流电机、舵机、光电传感器和电源电路以及其他电路构成。由安装在车前部的反射式红外传感器负责采集信号,并将采集到的电平信号传入核心控制单元,核心控制单元对信号进行判别处理后,由PWM发生模块发出PWM波,分别对转向舵机和直流电机进行控制,完成智能车的转向与前进。智能车后轮上装有霍尔传感器,用来采集车轮转速反馈的脉冲信号,并经由核心控制单元进行PID控制算法处理后会自动调节输入到电机驱动模块的PWM波占空比,从而控制小车的速度。寻迹由RPR220型光电管完成。     

两轮自平衡小车的设计

设计了以陀螺仪ENC-03以及MEMS加速度计MMA7260为传感器的姿态感知系统,选用16位单片机MC9S12XS128为控制核心处理器,完成对传感器信号的采集处理、车身控制以及人机交互的设计,实现小车自主控制平衡状态、运行速度以及转向角度大小等功能.实验结果表明该系统的性能满足设计要求.