1、電磁車整體講解一、電磁車整體控制原理與思想二、電磁車信號采集與處理三、電磁車整體電源驅動模塊 講解人：許四軍電磁車整體控制思想電磁車直立是難點信號采集處理是車體直立行走的前提硬件電路為基礎電源系統為車體血液車體控制原理框圖智能車電源系統陀螺儀加速度計模塊編碼器模塊電感采集模塊計算車體角度角速度車體速度控制輸出量車體轉向控制輸出量車體直立控制輸出量三者疊加為電機輸出量智能車直立行走車體直立行走任務分解v電磁組比賽要求車模在直立的狀態下以兩個輪子著地沿著賽道進行比賽，相比四輪著地狀態，車?？刂迫蝿崭鼮閺碗s車模運動控制任務可以分解成以下三個基本任務：（1） 控制車模直立：通過控制兩個電機正反向運動保

2、持車模直立狀態；（2） 控制車模速度：通過控制兩個電機轉速速度實現車模行進控制；（3） 控制車模轉向：通過控制兩個電機之間的轉動差速實現車模轉向控制。v以上三個任務都是通過控制車模兩個后輪驅動電機完成的?？梢约僭O車模的電機可以虛擬地被拆解成三個不同功能的驅動電機，它們同軸相連，分別控制車模的直立平衡、前進行走、左右轉向車體直立控制將車模視為一個倒立的單擺系統這樣倒立擺所受到的回復力為 為了使得倒立擺能夠盡快地在垂直位置穩定下來，還需要增加阻尼力，與偏角的速度成正比，方向相反可得控制車輪加速度的控制算法直立車?？刂疲ㄜ嚹７€定的條件） 1、能夠精確測量車模傾角 的大小和角速度 的大小 2、可以控制

3、車輪的加速度 車體速度與轉向控制車模速度控制（控制電機速度車模速度控制（控制電機速度） 電機運動控制是通過改變施加在其上的驅動電壓實現的。對于電機的電磁模型、動 力學模型以及車模的動力學模型進行分析和簡化，可以將電機運動模型簡化成如下的一 階慣性環節模型。施加在電機上一個階躍電E u(t) ，電機的速度變化曲線為 T1為慣性環節時間常數；Km為電機轉動常數車模方向控制車模方向控制1、道路電磁中心線的偏差檢測（道路電磁中心線檢測簡單的方法可以通過安裝在車模前方的兩個電磁感應線圈實 現。線圈一般采用10mH的工字型電感 ） 2、 電機差動控制 （利用電磁線偏差檢測信號分別與車模速度控制信號進行加和

4、減，形成左右輪差動控 制電壓，使得車模左右輪運行角速度不一致進而控制車模方向 ）電磁車信號采集分析陀螺儀模塊信號采集電感信號采集陀螺儀加速度加速度計模塊采集原理v加速度傳感器可以測量由地球引力作用或者物體運動所產生的加速度，只需要測量其中一個方向上的加速度值，就可以計算出車模傾角，比如使用Z 軸方向上的加速度信號。車模直立時，固定加速度器在Z 軸水平方向，此時輸出信號為零偏電壓信號。當車模發生傾斜時，重力加速度g 便會在Z 軸方向形成加速度分量，從而引起該軸輸出電壓變化。變化的規律為加速度傳感器陀螺儀采集原理v陀螺儀可以用來測量物體的旋轉角速度在車模上安裝陀螺儀，可以測量車模傾斜的角速度，將角

5、速度信號進行積分便可以得到車模的傾角陀螺儀模塊加速度角度算法框圖陀螺儀模塊電路圖陀螺儀傳感器車模位置安裝示意圖電感信號采集原理v檢測磁場所用的線圈軸線與軌道的位置關系對感應電動勢的影響，假設前進方向為Y軸正向，順著Y軸的右手邊為X軸正向，Z軸指向小車正上方，假設線圈1與線圈2分別為線圈1軸線平行于X軸，垂直于Y軸，線圈2軸線平行于Z軸，垂直于Y軸。則電感線圈感應電動勢分布如圖電感傳感器圖片采集放大電路該電路具有高增益 穩定可靠的特點電感傳感器布局利用傳感器路徑判斷 對于直導線，當裝有小車的中軸線對稱的兩個線圈的小車沿其直線行駛，即兩個線圈的位置關于導線對稱時，則兩個線圈中感應出來的電動勢大小應

6、相同、且方向亦相同。若小車偏離直導線，即兩個線圈關于導線不對稱時，則通過兩個線圈的磁通量是不一樣的。這時，距離導線較近的線圈中感應出的電動勢應大于距離導線較遠的那個線圈中的。根據這兩個不對稱的信號的差值，可以判斷小車的位置，進而給出控制方向路徑判斷圖片轉向控制 根據不同路徑信號采集的差異把兩個電感的感應電動勢進行歸一化，算出橫桿中心偏離賽道中心線的距離即為偏差。對偏差進行P算法處理，把轉向輸出量疊加到電機上進行輸出車速檢測單元車速檢測單元v為了使得模型車能夠平穩地沿著賽道運行，需要控制車速。通過對速度的檢測，可以對車模速度進行閉環反饋控制。v車速檢測一般是通過檢測驅動電機轉速來實現的。比賽中所

7、使用的常見測速方法列舉如下： 轉角編碼盤 編碼器轉角編碼盤轉角編碼盤編碼器閉環系統 車體角度角速度信息、車體路徑信息、車體速度信息實時反饋形成車體閉環系統，從而使車體行駛更加穩定車體電源系統穩壓芯片介紹v串聯型電源芯片串聯型電源芯片 輸出電壓穩定、波紋小，電壓范圍小，效率低。 并聯穩壓電源輸出電壓特別穩定，但是負載能力很差。v開關型電源芯片開關型電源芯片 效率高、電壓范圍寬，輸出電壓相對穩定在負載功率變化時，輸出電壓仍然保持固定的電壓值。穩壓芯分類v串聯型穩壓芯片 LM78XX LM79XX LM2940 LM1085v可調壓芯片 LM117-ADJ LM317-ADJ v開關型電源芯片 LM

8、 2576 LM78XX 壓差在1.6V左右 78系列三端固定式穩壓器只要把正輸入電壓加到芯片輸入端和輸出端與地之間除分別接大容量濾波電容外，通常還需在芯片引出根部接小容量（0.110 F）電容, 到地。用于抑制芯片自激振蕩，用于壓窄芯片的高頻帶寬，減小高頻噪聲。主要電路LM2940v低壓差芯片 小于0.5vLM1117-ADJvLM1117- ADJ2.85LM1117- ADJ2.855 5 可調整輸出可調整輸出800 mA800 mA電流電流壓差可小于壓差可小于1.2V1.2VLM2576最終電源選擇驅動電路選擇 驅動電路采用兩片33886級聯，具有驅動電流大，穩定可靠的特點關于第八屆光電組的說明 本屆規則要求光電車直立行走使用光電傳感器或線性CCD尋跡 直立仍然是做好本屆光電的基礎也是難點 光電傳感器可以使用紅外對管 線性CCD和第七屆光電尋跡類似，但是采集 點的數目更多處理更加困難 但是只要認真分析不斷努力，