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智能车PWM调速稳定性分析及矫正

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本文介绍了以智能车为载体的PWM波调速稳定性方案。 详细的说明了以51内核的单片 机为基础的智能车,在各种路况下的PWM状态和智能车的实际运行状态,并分析了在调节过程 中出现的问题,并根据相应的问题提出一些基于软件和硬件方面的有效解决方案,提高智能 车的稳定性能。

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山东电力高等专科学校学报 第 16 卷第 3 期 Journal of Shandong Electric Power College 61 基于单片机的智能车PWM调速稳定性分析及矫正 Analysis and Correction of Smart Car Based on SCM PWM Control Stability 徐远涛 山东电力高等专科学校电气工程系 山东 济南 250002 【摘 要 】本文介绍了以智能车为载体的PWM波调速稳定性方案。 详细的说明了以51内核的单片 机 为 基 础 的 智 能 车 ,在 各 种 路 况 下 的PWM状 态 和 智 能 车 的 实 际 运 行 状 态 , 并 分 析 了 在 调 节 过 程 中出现的问题,并根据相应的问题提出一些基于软件和硬件方面的有效解决方案,提高智能 车的稳定性能。 【关 键 词 】智能车 PWM调节 稳定性 【中 图 分 类 号 】TM340·3 【文献标识码】A 0 引言 智能车在我们的日常生活中的应用越来越多, 加强对智能车的控制也变得愈加重要。 选择一种稳 定性能高的调速系统有利于增强系统的稳定性。 鉴 于此, 本文利用软件仿真运动中的智能车的PWM 波形,结合实际路况分析,分别从软件和硬件两方 面来提出提高智能车可靠性的方案。 PWM ( 脉 冲 宽 度 调 制 ) 是 利 用 主 控 芯 片 的 数 字 输出对模拟电路进行控制的一种有效的技术,广泛 应用在从测量、通信、功率控制与变换的许多领域 中,这种调速方式是我们对智能车控制的重要的方 法。 1 智能车系统简介 1.1 硬件系统 智能车的硬件系统采用的是 “2+1” 的处理模 式,所谓的“2”是基础原件,包涵主控电路及驱动电 路 ( 如 图 1); 所 谓 的 “1” 是 指 扩 展 部 分 , 在 这 里 就 是 我们所说的智能车的眼睛(循迹传感器)。 这中模式 收 稿 日 期 :2013-04-10 作者简介:徐远涛(1990-),男,电子技术工程师。 现从事变电运 行及检修工作。 具有环境适应性强,性价比高,稳定性好的优点被 广泛的应用于智能车系统的制作中。 整个系统先是 由循迹传感器采集信号给主控系统,主控电路采用 的是AT89S52单片机,利用定时器T1模拟出PWM波 形 , 通 过 控 制 L298N 的 使 能 端 的 工 作 时 间 来 达 到 控 制 电 机 速 度 的 目 的 , 同 时 也 可 以 通 过 控 制 L298N 的 输入端达到控制智能车左转,右转,原地旋转停止 等目的。 图1 硬件关系图 1.1.1 循迹电路 循迹电路是采用的是ST168传感器, 能够很好 的识别循迹线路的颜色变化,完全能够适应循迹线 的变化。ST168传感器在检测到浅颜色时,输出电压 低,检测到深颜色物体时,输出电压高,根据此原理 加一个电压比较器,将模拟变化的电压转化成数字 高低电平。 主控收到传感器的信号后,根据信号的 情况进行处理, 将处理结果以PWM波形的方式发 62 基于单片机的智能车PWM调速稳定性分析及矫正 Vol.16 No.3 送给驱动电路。 1.1.2 驱动电路 驱动电路是主控电路与电机之间的媒介,电路 采 用 L298N 作 为 桥 型 驱 动 芯 片 , 当 使 能 端 为 高 电 平 时,主控电路的信号通过输入端IN1和IN2可以控制 电机的正反转;当使能端为低电平时,驱动桥路上 的4个晶体管全部截止, 使正在运行的电动机电枢 电流反向,电动机停止转动。 在接收到主控芯片的 PWM波形后转换成模拟信号, 从而达到了控制电 机的目的。 1.2 PWM调速 智能车通过主控芯片发出PWM方波, 通过调 节方波达到利用PWM调速的目的。 这种调速方式 灵活性高、成本低、调速方式更加的趋于平滑、速度 的精确度高,结合相应的函数会让智能车更加适合 复杂的道路。 1.2.1 智能车PWM调速状态及不稳定性分析 驱 动 电 路 的 输 入 端 PN1,PN3 为 高 电 平 ,PN2, PN4为低电平(控制智能车的方向为前)。 当智能车 在直线运动时,主控芯片会给驱动芯片使能端输入 PWM波, 从而达到调速的目的。 当左轮和右轮的 PWM相 同 (PWMA=PWMB)时 ,智 能 车 实 现 的 是 直 线 运 动 ; 当 左 轮 和 右 轮 的 PWM 不 相 等 (PWMA / PWMB≠1)时,智能车 实 现 的 弯 道 运 动 ;当 左 轮 和 右轮的PWM值都为0时,智能车是静止的。 驱 动 电 路 的 输 入 端 PN1,PN4 为 高 电 平 ,PN2, PN3为低电平, 智能车左右轮的占空比相等时,智 能车的运动状态是原地旋转的。 能端使能,这时两路驱动都以全电压工作,达到了 最高时速。 缺点:当智能车在高速运动时,在遇到突 然弯道情况下,会让车子冲出轨道或者车身摆动很 大,使智能车的直线稳定性降低。 2)弯道调节:当智能车左(右)转时,主控芯片 会向右(左 )轮 驱 动 的 使 能 端 发 出PWM波 ,使 左 右 轮的力矩不同从而达到转弯的目的。 转弯的方式有 单PWM调节和不均匀PWM调节。 单PWM调节(如 图 3: 智 能 车 的 左 右 轮 的 PWM 波 , 一 个 保 持 低 电 平 , 一个处于正常PWM电平的调节弯道方式。 不均匀 PWM 调 节 ( 如 图 4): 智 能 车 的 左 右 轮 的 PWM 波 的 比 不为1的调节的弯道方式。 缺点: 当智能车走弯道 时,弯道主要包涵大弧形弯、直角弯、钝角弯等等情 况,这对智能车在各种弯道的适应性上有增加了相 应 的 难 度 ; 智 能 车 的 质 量 较 大 时 , 但 PWM 调 速 状 况 在 转 弯 的 情 况 下 ,μMg<FN(FN为 电 机 的 驱 动 力 ) 时 , 智能车在弯道稳定性会急剧降低。 图3 单PWM调节方式(左转) 图2 直线高速 1)直线调节:当波形全为高电平时(如图2),使 图4 不均匀PWM调节方式(左转) 3)停止调节:当智能车停止时,主控芯片会向 智能车的驱动使能端发出低电平让驱动芯片停止 工作,智能车没有了驱动能力所以停止,由于惯性 山东电力高等专科学校学报 第 16 卷第 3 期 Journal of Shandong Electric Power College 63 所产生的误差可以由电机的阻力抵消(如图4)。 缺 点:当智能车在停止的一瞬间可能会由于传感器的 反馈时间不同使主控判断失误造成智能车的车身 不正,使智能车不能按照预定的目标完成相应的工 作,使停止稳定性下降。 图5 停止 2 智能车稳定性矫正 智能车稳定性存在与车的行进的整个过程,由 于车子的运动反馈比较匮乏,以及运动过程中的随 机变量非常多,因此,在保证硬件工作正常的情况 下, 适当的提高智能车在各种路况下的适应能力, 在一定程度上能够达到减少随机事件的发生和增 加稳定性的效果。 2.1 软件稳定性矫正 概述:通过软件的时间检索来增加对智能车车 速的控制,达到增强稳定性的功能。 1)原 理 说 明 :在 程 序 中 添 加 一 个 时 间 计 数 器 , 智能车压到黑线时计数器计数,扰动结束后计数器 归零重新等待计数,当智能车在直行的过程中当传 感器报警的时间超过感应时间T1(时间计数器测量 的一个单位时间,T1的选取可根据循迹线的宽度与 智能车的最大速度的比值的1 / 2来确定,取1 / 2是为 了让车有一定的适应能力) 智能车降速n%或者停 止,等待车身的矫正。 2)主要程序解析: / *报警时间大于感应时间的3 / 2减速否则停 止,执行静态车身调整函数* / if(报警时间t>感应时间T1) { if(报警时间t>感应时间T1*3 / 2) 智能车降速n%; else {智能车停止; 静态调整函数;} 2.2 硬件稳定性矫正 概述:通过增加传感器的数量来增强智能车对 车身位置的检测,提高稳定性。 1)位置选择说明(如图6):1,3号传感器主要是 负 责 整 个 智 能 车 的 偏 离 控 制 ,2 号 传 感 器 主 要 负 责 智能车在工作位的控制(也就是说车子能够感应到 循 迹 线 )4,5号 传 感 器 主 要 负 责 智 能 车 的 停 止 位 , 安 装于智能车前桥的中心。 2)工 作 原 理 : 首 先 2 号 传 感 感 应 到 循 迹 线 , 1,3,4,5号传感感应不到, 当出现转弯的情况下,1 或者3号传感器工作,实现车身的调整,当出现速度 太快智能车冲出循迹线时,根据寄存器中最后一刻 传感器的状态来判断车子将要的动作,如车从左侧 冲 出 跑 道 ,2,3 号 传 感 器 最 后 一 刻 的 寄 存 器 是 变 化 的,状态由1,0变为0,1,这样智能车便向左运动4,5 号传感器由于处于前桥的中心, 因此当4,5全碰到 黑线时,车子会停止,且这个时候车子很稳定。 图6 传感器安放位置 3)工作流程图 工作流程图,如图7所示。 3 总结 智能车在以上软件调节和硬件调节的基础上, 当直线运动时,根据车身的状态进行速度上的大小 调节,增强直线稳定性;在智能车停止时,智能车拥 有静态车身调整函数, 可以调节智能车的车身状 64 基于单片机的智能车PWM调速稳定性分析及矫正 Vol.16 No.3 态;当运行于弯道路况时,主控根据传感器的数据 判断车的速度以及车身的状态,确定智能车下一刻 的运动情况,同时,由于智能车的前桥中心位置的 停止位传感器有利于减少车身晃动进一步加强智 能车的控制。 图7 工作流程图 参考文献 [1] 王 洪 君 著.单 片 机 原 理 及 应 用 [M].济 南 :山 东 大 学 出 版 社 , 2009. [2]郁有文 ,常健程 ,继红编著.传感器原理及 工 程 应 用 [M]. 西 安 电 子 科 技 大 学 出 版 社 ,2008. [3]朱 传 琴 ,高 安 芹 ,杨 露 露 ,赵 笑 笑 编.应 用 电 子 技 术 及 实 训 [M].北 京 :中 国 电 力 出 版 社 ,2011. Abstract:This paper introduces the smart car as a carrier of PWM wave speed stability program. A detailed description of the intelligent car with 51 core MCU as the foundation, the actual running state in various conditions of the PWM state and the intelligent vehicle, and analyzes the problems in the process of the adjustment, and according to the corresponding problems and puts forward some effective solutions based on software and hardware, improve the stability of the smart car. Key words:smart vehicle;PWM control;stability 国内首支±800kV特高压油-气(SF6)直流套管 通过型式试验 中国电力科学研究院2013-06-09 6月8日, 中国电科院承担的国内首支±800kV 特 高 压 油 - 气 (SF6) 直 流 套 管 , 在 特 高 压 直 流 试 验 基 地顺利通过绝缘热稳定、温升等型式试验,成功验 证了该类型国产套管在高电压、大电流模拟运行工 况下具有可靠的绝缘和热性能。 国产±800kV油-气 (SF6) 直 流 套 管 的 成 功 研 制 及 关 键 试 验 项 目 考 核 的 顺利通过,对解决直流套管制约我国特高压直流输 电发展的瓶颈问题,实现特高压直流输电重大装备 的国产化起到了有力的助推作用。 试验采用不影响套管底部绝缘出线装置和 不破坏套管整体结构的方式进行。 与常规试验方 法相比,新的试验方法更能模拟环流变压器直流 套管的安装和运行条件,性能考核更为规范和严 格。 目 前 , 向 家 坝 - 上 海 、 锦 屏 - 苏 南 ±800kV 特 高 压 直流工程高端换流变套管都由国外生产厂家提供, 长期以来在直流套管结构设计、制造工艺、产品试 验技术上处于垄断地位。

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