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针对智能小车在转向尤其是急弯时陀螺仪传感器输出的瞬态信号变化很快,因自身结构和工艺限制而带来的信号测不全、抓不好的问题,设计了一种以STM32转弯控制芯片和FPGA为一次仪表特性改善单元控制核心的验证方法。测试结果表明,该系统在对转弯信号采集、放大后通过级联特性改善模块可以有效地改善传统转弯下的动态特性,提高急弯下对实时信号处理的精度。
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智能小车转弯算法改善单元的优化设计智能小车转弯算法改善单元的优化设计
针对智能小车在转向尤其是急弯时陀螺仪传感器输出的瞬态信号变化很快,因自身结构和工艺限制而带来的信
号测不全、抓不好的问题,设计了一种以STM32转弯控制芯片和FPGA为一次仪表特性改善单元控制核心的验
证方法。测试结果表明,该系统在对转弯信号采集、放大后通过级联特性改善模块可以有效地改善传统转弯下
的动态特性,提高急弯下对实时信号处理的精度。
0 引言引言
谷歌旗下波士顿动力公司最新发布的名为Handle的轮式机器人能力拔高到新的高度,事实上这种智慧型机器人搭载了多种
诸如传感采集模块、环境探测以及人机交互模块等。路况不一样造成不同弯道的曲率不同,如何在急转弯的情况下保持精准的
感知与采存处理一直是研究的焦点所在
[1]
。
智能小车的转弯控制是一个复杂的控制过程,要建立相应的数学模型,单单选用经典的PID算法不够精准,很难做到精确测
量和估计。因此,本文提出在传递函数后面串联一个动态测试修正模块
[2-4]
。
1 智能车弯道设计背景智能车弯道设计背景
智能车要想在急转弯路况下继续保持稳定、快速、安全的行驶,主要体现小车在运动控制上是否可以即时地进行监测和反
馈。由于被测小车所处周边的环境复杂多变,采光条件、路面温度、自身结构产生的相对运动差以及摩擦系数都会引起智能车
所带来的参数变动和毛刺现象甚至是检测盲区
[5-6]
。考虑到小车单方面在转弯控制下定制控制策略会使整体运行过程的稳定
性、及时性出现偏差以至于冲出跑道,针对复杂多变的环境,综合得出一个合理控制策略补偿模块,使小车在弯道环境下既能
保持采集的信号可靠、稳定,又能快速、高效、准确地在弯道上进行调姿与控制
[7]
。
2 系统硬件系统硬件
2.1 主控制器模块主控制器模块
本系统采用的主控制器是意法半导体(ST)公司设计的基于Cortex-M3内核架构的STM32F107嵌入式芯片,该芯片拥有高性
能、低功耗、实时应用、高性价比等优点。该芯片嵌入了256 KB Flash、64 KB SRAM以及各种外设接口(I2C、SPI、
USART、CAN、USB、定时器、DMA控制器、ADC、PWM),支持JTAG和SWD调试接口,主频最高可达72 MHz
[8]
。该芯片
丰富的片内资源和片上外设、精准高效的计算能力使得其十分符合系统要求。
2.2 电源管理模块电源管理模块
系统总的供电电源为12 V锂电池,电机驱动芯片采用TB6612FNG芯片,系统电压经LM2596T开关压降转换器转换为5 V,
再通过线性恒压模块AMS1117输出为3.3 V,通过转换芯片转换为5 V和3.3 V后提供给系统的各个模块使用。电源电路图如图
1所示。
2.3 姿态传感器电路设计模块姿态传感器电路设计模块
本系统采用的MPU6050是一个6轴传感器芯片,内部集成了3轴陀螺仪、3轴加速度计和1个可扩展的数字运动处理器
DMP,3个16位ADC通道将加速度计和陀螺仪测得的模拟信号转换为数字信号进行输出,保障了测量数据的输出精度。用户可
以根据实际需要控制传感器的范围,可准确追踪小车姿态变化。MPU6050通过自带的DMP编程实现自动对加速度计、陀螺仪
数据进行处理,减少了主控芯片STM32的计算负担
[9]
。主芯片和MPU6050传感器电路连接图如图2所示,MPU6050传感器通
过传输速率较高的I2C总线和主芯片进行通信。
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weixin_38623272
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