【智能车学习】电磁车算法优化总结

前言

随着省赛的落幕，近一年的智能车的生涯也就此画上了句号，虽然结果没有那么耀眼，但也算对得起三个大一萌新这么久以来不分昼夜所付出的心血。
在此我想对电磁车中的算法和赛场上一些的状况作进一步总结，也算是给自己一个交代。

电感排布方案

我们知道，电感的基本排布分为水平，竖直和八字几种方案，而电感摆放位置的不同，可能会影响车体循迹的姿态。
通过实测我们发现：水平电感有助于直道循迹，八字电感，则有赛车助于过弯，竖直电感在普通赛道上值几乎很小，只有在某些特殊元素（如环岛）才会突增。
我们采用的是水平和八字电感共同循迹的方式，即在左右两端分别放上八字和水平电感，在电磁杆的中间和靠近赛车的中心位置各放置一个水平电感，用于特殊元素判断。具体排布可参考下图。
另外，为了更精确的采集赛道电磁值以至于不失真，需将电磁前瞻的高度稍微降低。
前瞻方案

舵机算法修正

基本的舵机控制算法在上篇文章中已经提过，这里对其部分优化方案进行说明。

分段式PD算法

而在PD参数中，P参数控制响应速度，D参数消除稳差，那么可以想到，如果全局使用同一个PD参数，则会出现无法控制既在直道上平稳运行，又能很好的过各种弯道的局面。这时候就需要我们对PD参数进行分段控制。
而由于电磁车只能依靠电感传回的电磁信号判断赛道路况，所以可以将左右两边的电感值差作为分段控制的依据。
具体代码如下：

    /* * * 分段PD * * */if(backup<=15)    angle_P=60;else              angle_P=95;

其中backup即为左右电感求得的偏差值，backup的值可以根据具体赛道及电感情况进行缩放处理。

使用函数曲线整定PD参数

上述的分段PD的办法是对其参数进行直接赋值，这种方法虽然可行，却不能达到很好的连续性效果，对此可以想到一种函数曲线的方法，将P的值关联backup，利用函数曲线对P值进行输出，从而更好的控制赛车在各个赛道元素上行驶的状态。
以下提供两种方案：

    /* * * 舵机算法1 * * */if(backup<=15)    angle_P=63+backup*2;if(15<backup<22)  angle_P=33+backup*4;if(22<backup<=30) angle_P=backup*5.5;

	int k;angle_P=22+(int)(n*n*k);

电机控制

目标速度的确定

上篇文章的末尾提到了目标速度的确定，由于不同路况赛车的最高速度不同，需要对不同路况分别设置目标速度，具体代码如下：

	set_speed_L=90+(int)((30-backup)*1.2);   //弯道最低+直道加速

差速控制算法

利用舵机控制赛车转向的同时，我们也可以利用差速对其进行辅助。同样根据backup的值对赛道路况进行判断，分别控制对赛车的两个轮子进行控制，达到差速的效果。程序设计上可以将上述set_speed_L计算公式中的90改为动态的bend_L/bend_R，再在具体bend_L/bend_R的计算中控制差速。
具体代码如下：

      bend_L=(int)(90*cs_L);bend_R=(int)(90*cs_R);set_speed_L=bend_L+(int)((30-backup)*1.2);    set_speed_R=bend_R+(int)((30-backup)*1.2);

其中cs_L/cs_R为差速控制系数。

特殊元素处理

环岛处理

由于环岛的特殊性，可以选择在识别到环岛的同时令目标速度降低，增加其稳定性。识别到环岛后可以采用强制打角或切换曾八字电感循迹的方式进环，确定进环后再切换成普通元素循迹方式，出环前再判断一次标志位，采用编码器计步的方式强制出环，一段时间后清楚标志位。

防坡道误判

在调试过程中经常会看到有赛车在坡道的位置突然转向，很多情况就是因为在坡道时误判成了环岛，这就需要我们对环条件加以限制，来避免此类问题的发生。
此时加在前瞻以及车头位置的中间电感便发挥了作用，一般来说，在坡道的位置，这两个电感的值不会与两侧水平电感同时增大，所以这也就是我们解决坡道误判问题的方法之一。
部分代码如下：

    /* * * 环岛处理 * * */ if(huan_dw==1)   //拨码开关2向下 执行环岛程序{if((AD_M_Left[0]>90&&AD_M_Left[1]>90&&AD_M_Right[1]>=65&&AD_M_Right[1]<=70&&AD_M_Right[0]>=65&&AD_M_Right[0]<=70)   //环标志||(AD_M_Right[0]>90&&AD_M_Right[1]>90&&AD_M_Left[1]>=65&&AD_M_Left[1]<=70&&AD_M_Left[0]>=65&&AD_M_Left[0]<70))//||(AD_M_Right[0]>=99&&AD_M_Right[1]>=99&&AD_M_hou<=25&&AD_M_hou>=13)){if(huanw_a==1){huan_ru=1;set_speed_L=80;set_speed_R=80;huanw_a=0;LED_ON(3);}}if(huan_ru==1){if((int)(AD_M_hou-AD_M_qian)==-2||(int)(AD_M_hou-AD_M_qian)==-1){huan_ru=2;        set_speed_L=80;set_speed_R=80;force_angle=0;}}}

到此，环岛识别结束，由于不同路况以及赛车本身的不同，环岛标志位都不同，以上标志位仅供参考。另外，出环结束后一定不要忘记清标志位，否则无法二次进环。

        if(force>huanchu_over)  {         LED_OFF(2); LED_OFF(3); LED_OFF(4); LED_OFF(5); huan_ru=0;huan_zhong=0;huan_chu=0;huanw_a=1;  force=0;         }

其他辅助结构

屏幕显示

由于比赛现场调试时间短暂，如果用IAR里的live watch观察数据不太方便，所以我们选择将需要观察的数据显示在OLED上，尤其是由于信号发生器的不同而造成的电磁值误差，若将其获取的值打印到OLED上，则方便现场调试。
具体代码如下：

// 电感值输出在OLED //
void AD_oled()      
{char  txt[30];OLED_Print(15,0,"[满天星]智能车");   //显示队伍名称sprintf((char*)txt,"L1 :%4d",AD_M_Left[0]);OLED_P6x8Str(0,2,(u8*)txt);sprintf((char*)txt,"L2 :%4d",AD_M_Left[1]);OLED_P6x8Str(0,3,(u8*)txt);  sprintf((char*)txt,"R2 :%4d",AD_M_Right[1]);OLED_P6x8Str(80,3,(u8*)txt);    sprintf((char*)txt,"R1 :%4d",AD_M_Right[0]);OLED_P6x8Str(80,2,(u8*)txt);sprintf((char*)txt,"QZ :%4d",(int)(AD_M_qian));OLED_P6x8Str(0,4,(u8*)txt);  sprintf((char*)txt,"HZ :%4d",(int)(AD_M_hou));OLED_P6x8Str(80,4,(u8*)txt);    sprintf((char*)txt,"P  :%4d",angle_P);OLED_P6x8Str(0,6,(u8*)txt);    sprintf((char*)txt,"b  :%4d",(int)backup);OLED_P6x8Str(80,6,(u8*)txt); delayms(100);}

按键控制与拨码开关

两者原理基本相同，都是先读取接口状态（如电平的高低），再根据此状态对具体程序进行控制，比赛中我用了两个拨码开关，分别控制高低速和环岛屏蔽与否，并在发车时利用按键选择出入库方向，最大可能的为正式比赛提供便利。
具体代码如下：

// 车档位选择 //
void Select_car()    //向上为0，向下为1
{    V_dw=GPIO_PinRead(PTC8);      //速度档，向上为低速，向下为高速huan_dw=GPIO_PinRead(PTC9);   //环岛档，向上屏蔽环岛程序char  txt[30];sprintf((char*)txt,"start_direction :%4d",start_direction_dw);   //出库方向：OLED_P6x8Str(0,2,(u8*)txt);                                      //1为左出库 左按键触发  2为右出库 右按键触发while(start_direction_dw==0){switch(KEY_Read(0)) {case 1:       break;           case 2:  start_direction_dw=1;break;case 3:      start_direction_dw=2;break;default:break;}}sprintf((char*)txt,"start_direction :%4d",start_direction_dw);OLED_P6x8Str(0,2,(u8*)txt);delayms(2000);}