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智能车制作之从入门到放弃(下)

智能车制作之从入门到放弃(下)

作者: 世缘 | 来源:发表于2020-09-20 17:57 被阅读0次

        经历过校赛的洗礼后,我们继续开始调试我们的小车。由于前面闭环没有做得很好,所以开始调试闭环的程序。但好几天下来,都没有任何突破性的进展。后来,经之前搞过智能车的同学的提醒,是电机的控制频率不对,应该控制在5KHz到20KHz之间,而且PID算法的输出限幅等也有问题。小车调试出来的效果还可以,电机声音明显好转,但仍有噪声。

PID参数整定

        接下来,开始整定速度PID参数。整定PID参数也是一门学问,我们组也在网上看了不少整定的方法,然后通过实践,按照方法来试凑参数,但最终电机的速度调节仍然振荡严重,由于时间有限,就不再纠结这个,先勉强凑合着用。接下来,就是调节方向PD,这个对于巡线小车尤为重要,我们也是针对不同的赛道类型,整定出了不同的参数。在这个过程中,我们采用的蓝牙无线调参(手机软件《蓝牙调试器》,可以自定义控件,制作兼容智能车调试的上位机,无须编程,非常好用),这样,在调参过程中,省去了不少精力和时间。

手机蓝牙操作界面 采集到的电磁信号曲线图

        但此时,我们组里的一个成员有点要放弃的感觉,后来就不怎么来了。于是,两个人继续调车。通过校赛后的两个星期的努力,小车速度差不多在1.5m/s左右(速度实在提不上去,感觉后轮差速到了极限),虽然跑起来没有任何飘移现象,但此时,新的问题又出现了,环岛切不进去。环岛调试了好几天,环岛算是切进去了,但进了环岛又出不来。

环岛判断策略

        此时,电信院的小车反而跑得很不错。后来,了解到他们共有4个组别,分别是基础四轮组(采用的摄像头C车模),AI电磁组别(属于创意组别),双车组(校赛和我们比的那组,当时他们双车控制器有要求,所以校赛报的基础四轮组)和直立节能组(没有成功在赛道上跑过)。尤其AI电磁组,速度目测1.8m/s,而且全程跑得很流畅,都是内道过弯,虽然直道由于舵机不太好控制,有些抖动,但整体来说,跑得相当的稳定。同时,他们的双车组的第二辆小车也出炉了,同时三轮电磁组,虽然当时速度没我们快,但跑得稳定,赛道各个元素都能跑。而且双车组还要实现接力功能,难度可想而知,所以我们也不能直接跟他们做对比。

在电信院场地调试

        而且,那时候,赛区报名即将截止,搞得我很是慌乱(此时已经基本我一个人在调车了),因为今年比赛限制学校每个组别只能出一支队伍。而当时校赛的时候,我们组好像已经失去了资格参加省赛,但我们指导老师让我们接着去调试,意思是到最后确定名单时,和电信院协商再比试一场,还有希望。到最后,我询问了他们那里的负责人,说是名单已经报上去了,此时,我也无能为力。至此,两个多月的小车调试生活结束了。其实,在这期间,我们产生过一丝放弃的念头,但在行动上始终没有放弃,总觉得还是有希望的,没想到,失败来得真就这么快。

        此时,已经是7月10号左右,我们假期留了校,各自到大创指导老师那里做事去了。起初,事情也没那么多,就阅读文献,做一下测试实验。因此,晚上我有时间去508实验室继续弄车。当时内心中一直在想,难道不能参加比赛就不调车了吗?虽说当初的动机确实是为了去比赛拿到奖项,就算省三等奖也是对自己的认可,但在后期的调试过程中,我发现,飞思卡尔的确有着它不可替代的魅力,不是流传着一句老话嘛,飞思卡尔的魅力根本不在赢。好了,话题又扯远了。

        那时,对于我来说,又是一个新的起点。本来,我想继续调试三轮电磁车,但实验室的赛道条件有限(在我们赛道肯定跑不出1.5m/s),所以只能放弃这个念想。由于当时看到电信院的四轮车跑得比较稳,而且自己也没有用过舵机控制转向,觉得挺有意思的,所以就想探讨探讨。于是,那几天晚上,弄了个B车模(B车模舵机转向结合机械差速,但电信院都用的新C车模,而没有用B车模,可能新C车模舵机和双电机差速可以配合着转向),画了新的控制板和单电机驱动板,大概用了10天时间,将四轮电磁车搭建了出来。        

四轮控制板 单驱动板

         之后的晚上就是程序方面的工作,需要学习一下舵机的控制,其实也就是PWM控制,但还是遇到了一些麻烦。后来,想到大创项目的老师那里有高级示波器(能够显示us级别),所以通过调试,观察波形,发现舵机的控制频率不对,立马找到问题。由于B车模后轮机械差速(拧螺丝调节差速),相比于C车模需要用阿克曼转向原理控制后轮的差速(程序控制差速),B车模好控制得多,但比较笨重。此外,个人感觉舵机前期比较难控制,后期如果调的好的话,潜力还是比较大的。调好舵机后,就开始弄速度PID,果然B车模的540电机性能相对好些,电机调速还是比较尽人意的,速度跟随响应较快。紧接着,就是方向PD算法,控制舵机转向。

        弄好后,小车就开始下地跑了。当然,也只能在自己的赛道上跑。刚开始,小车过弯道还好,但在直道上时,舵机左右严重超调,导致小车左右严重抖动。在S弯处,小车根本就不能跑,舵机左右大幅度调节,有些响应延迟,导致跑出赛道。后来,开始在晚上了解一些舵机控制的算法,发现直道PD调节的强度可以弱些,弯道PD的调节强度可以强些。后来,小车的速度差不多为0.8m/s。发现四轮车没有任何飘移现象。后来发现速度提高后,舵机响应比较延迟,无论怎么调试程序,都没有明显好转。本来想继续弄得,但此时,大创项目任务开始紧张起来,所以也就只好先搁置在那里了。后来,自己有空的时候,在论坛上了解到,供电电压对舵机的响应速度起决定性作用,而且机械结构的调整也能够降低响应延迟。而B车模舵机的供电电压为4.5~5.5V,但我单独用1片LM2940给舵机5V供电,所以还可以提高供电电压。至此,小车调试的最后阶段到此结束。

四轮电磁车 三轮电磁车

        回想起小车调试的点点滴滴,颇为感慨。虽然失败了,但这一段青春记忆可能永远会抹不掉。后来,我也在不断的总结我们组失败的原因。

        其一,我们组的准备时间并不是太充分。相比于电信院,据说他们都是从大二上学年就准备的,所以他们应该前后准备的时间比较充足。而我们实验室则是从去年11月份才招新,虽然对新成员开展了为期一个多月的培训(阅读文献,硬件绘制,嵌入式软件,机械拆装和PID算法matlab仿真),但培训还是比较机械化的,并没有调动他们做智能车的热情。对于新手来说,上面的培训方案的确指出了学习的方向,但无法加深他们对智能车整体的认识。同时,做智能车的进度也受很大影响。而电信院那边,从9月份就开始招新,简短培训后,直接上手做车,要搭建硬件,就查资料,看需要哪些模块,直接学习画智能车板子,做软件的,就直接学习用于小车的单片机,学习如何控制小车要用到的模块。所以,到去年学期结束,他们那边都有小车能跑赛道了。而我们这边,培训基本结束,但是啥进度都没有。

        其二,我们还是不够自觉。电信院那边的同学,基本平时上完课,就去实验室学习、做车,而我们这边的人则需要强制。所以,咱们这边自制力方面不够强。再加上今年疫情,我们这边的同学更是没有利用假期认真准备比赛,而后来了解到电信院那边的同学趁着寒假的三个多月,针对调试过程中板子出现的问题或者机械不合理的地方,对板子进行整改,然后学习一些控制算法,编小车的程序。进而导致,假期过来,我们实验室就只剩下我们一组了,其他就自动放弃了。虽然,我们组在假期里做了准备,但做得不够充分。

        其三,我们组没有与实验室学长过多地交流比赛。虽然,实验室近两年没有获得过参赛资格(参加省赛和国赛,需要和电信院竞争出线资格),但之前做过车的学长多多少少都有一点做车的经验。然后,我们也没有请教学长一些做车方面的注意点啥的,导致调车时走了一些弯路。比如,关于团队分工合作的问题,我们自始至终都不明确。

        其四,学院重视程度不够,资金投入不大。我们学院有个机器人实验室,学院非常重视,那个团队经常代表学校参加比赛,获得奖项比较多,但那属于B类赛事。在A类赛事中,学院比较重视挑战杯、创青春、电子设计竞赛、数学建模等等。虽然也是A类赛事,学院不太重视恩智浦比赛,所以资金方面比较拮据,就连我们实验室的赛道也陈旧不堪。试想一下,你一个做智能车比赛的队伍,连个比较好的赛道都没有,怎么能够取得好的成绩呢?很难,很难。后期调试,我们不得不跑到电信院那边,在他们的赛道调车。

        其五,我们实验室的管理制度存在一些问题。我们实验室管理比较松散,再加上指导老师为人比较随和,导致我们的队员们比较慵懒,没有要做智能车的心思。虽然老师之前制定过一些培训方案,并且实施过,但效果并不怎么好,总之实验室管理不严格。相比于我们院的机器人团队,他们那边有专门的学院领导和老师负责,按照企业的上下级的管理模式,一届带着一届,积累了很多的经验,指定团队成员学习任务和调试工作,虽然这样做,可能对成员有所限制(比如某某想调试程序,不想焊接),但总体来说,效率比较高,各有所长。

        虽然没能参加比赛,心情也有些复杂,但从中获得了很多宝贵的东西。在硬件方面,我学习到了很多电子电路方面的知识,了解了常规元器件,比如稳压芯片,驱动芯片等,并且学习到如何画PCB板。在软件方面,学习到如何用C语言来实现单片机控制程序的编写,学习了一些算法,包括处理电磁信号的归一化和差比和算法,用于电机调速的PID算法等。同时,学到了如何利用调试工具的方法,比如用示波器看电机的PWM控制频率,用万用表查找电路板的故障等。

        所以,在接下来的大四阶段,希望自己,不要气馁,再接再厉,继续学习,不断进步。

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