智能汽车设计实践-方向环控制

方向环控制就是对车模的转向进行闭环控制,通过串级PID控制提高跟随能力,快速将电磁偏差降低到零,获得期望的行驶路径。方向环控制是车模运行的关键,只有快速对外界复杂的赛道做出转向反应,才能提高车模的行驶速度。如图8.4所示为方向环控制示意图。

图8.4　方向环控制示意图

方向环由方向外环与方向内环串联组成。∈为电磁偏差计算得到的结果,ω为陀螺仪采集到的车模转向角速度,ω1为车模转向的期望角速度。

串级控制的主要优点:

①将干扰加到副回路即方向内环中,由方向内环控制对其进行抑制。(www.xing528.com)

②方向内环中参数的变化,由方向内环给予控制,对被控量的影响大为减弱。

③方向内环的惯性由方向内环给予调节,因此提高了整个系统转向的响应速度。

方向外环控制车模紧跟赛道的电磁线行驶,因此期望偏差为0,将电磁信号偏差计算的结果作为输入,通过纯P项控制的模糊PID控制器获得期望的转向角速度值,模糊PID参数的取定原则是入弯与出弯时期望角速度较大、在弯道中的期望角速度较小。

方向内环提高方向环的反应能力,改进车模对期望偏差的跟随特性。将方向外环输出的转向期望角速度与陀螺仪测得的实际角速度相减,作为方向内环模糊PID控制器的输入,通过PD控制的模糊PID控制器得到输出的差速电流,用于后轮的电机上控制转向。

串级控制系统的计算顺序是先主回路(方向外环),后副回路(方向北环)。控制方式有两种:一种是异步采样控制,即方向外环的采样周期T1是方向内环采样控制周期T2的整数倍。这是因为一般的串级控制系统中主控对象的响应速度慢,副控对象的响应速度快的缘故。另一种是同步采样控制,即主、副回路的采样控制周期相同,这时,应根据副回路选择采样周期,因为副回路的受控对象的响应速度较快。本系统选择异步采样控制,方向内环的采样控制周期为1 ms,方向外环的采样控制周期为5 ms。