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学用版本,它是面向以HC12或S12为CPU的单片机嵌入式应用开发的软件包,包括集成开发环境IDE、处理专家库,全芯片仿真、C交叉编译器、汇编器、链接器以及BDM调试器.（2）软件结构
软件主要包括：路径识别、方向控制、速度测量、速度控制等四个模块.软件流程可分为以下几部分：初始化、得到AD转换数据并转换为角度偏差、根据角度偏差控制舵机、根据角度偏差和当前速度控制电机转速和制动.软件结构框图见图8.
（3）PID控制：
PID控制器是控制系统中技术比较成熟,而且应用最广泛的一种控制器.它的结构简单,参数容易调整,因此在工业的各个领域中都有应用.PID最先出现在模拟控制系统中,传统的模拟PID控制器是通过硬件（电子元件、气动和液压元件）来实现它的功能的.随着计算机的出现,把它移植到计算机控制系统中来,将原来的硬件实现的功能用软件代替,从而形成数字PID控制器,其算法则称为数字PID算法.数字PID控制器具有非常强的灵活性,可以根据试验和经验在线调整参数,因此可以得到更好的控制性能.由于几乎所有的单片机都拥有硬件PWM,因此基于软件PID和硬件PWM技术的直流电机测控技术正向数字化、高可靠性发展,本文所述的舵机控制就是采用该控制方法.数字PID分为位置式控制算法和增量式控制算法.为了降低计算量及得到稳定的结果,舵机控制采用增量式控制算法.其公式如下：△Uk等于Kp*[ek-ek-1]+Ki*ek+Kd*[ek-2ek-1+ek-2]
输出增量△Uk只与本次偏差ek、上次偏差ek上上次偏差ek-2有关,因此CPU只要知道每一时刻的ek、ek-1、ek-2的值就能执行PID算式,并输出舵机控制量,从而有效地控制舵机的转向.
由于PID控制器是用软件来实现的,灵活性很大,因此能够根据具体要求相应地改进部分PID控制算法.在电动机控制系统中,控制量的输出值要受到元器件或执行机构性能的约束（如电源电压的限制、放大器饱和等）,因此它的变化应在有限的范围内,如果控制量的计算结果超出该范围,那么实际执行的控制量就不再是计算值了,产生的结果与预期的不相符,称为饱和效应.PID控制中的积分环节目的是消除静态误差,提高控制精度.但当电动机的启动或停车时,短时间内系统输出很大的偏差,会使积分积累很大,从而引起强烈的积分饱和效应,这将会造成系统振荡,调节时间延长等不利结果.
在本文所述的智能车中,为了避免出现积分饱和现象,对PID控制器的积分环节做了两个改进：积分分离法和遇限削弱积分法.
积分分离法的思路是：当被控量与给定值的偏差较大时,去掉积分,以避免积分饱和效应的产生；当被控量与给定值比较接近时.重新引入积分,发挥积分的作用,消除静态误差,从而既保证了控制的精度又避免了振荡的产生.
本文所述的具体实现是：人为引入一个量X等于24.44,x值的确定大约为智能车的三个光电对管对应反馈值的偏差,即当偏差小于24.44则引入积分环节,当偏差大于等于24.44则去掉积分环节.为此在积分项中乘以一个人为引入的系数B.
其公式如下：
B等于1,ek B等于0,ek≥X,X等于24.44 引入B后,可建立公式A
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△Uk等于Kp*[ek-ek-1]+B*Ki*ek+Kd*[ek-2ek-1+ek-2]
遇限削弱积分法的思路是：一旦控制量仉进入饱和区,便停止进行增大积分项的运算,而只进行使积分减少（即所谓削弱）的运算.具体过程是：在根据PID算式计算Uk前,先判断前一次的控制量Uk-1是否到达极限范围,如果到达极限说明已经进入饱和区,这时再根据偏差的正负,来判断控制量是使系统加大超调还是减小超调,如果是减小超调,则保留积分项,否则取消积分项.遇限削弱法在进入极限范围后,有条件的去继续积分或取消积分,从而避免控制量长时间停留在饱和区.本系统的具体实现是：在积分项中再人为引入一个系数c当判断后需要保留积分项则C等于1；否则C等于0.那么最终的舵机PID控制算式如下：△Uk等于Kp*[ek-ek-1]+B*C*Ki*ek+Kd*[ek-2ek-1+ek-2]
间接PID驱动电机控制算法简介：
智能车模型的驱动电机是直流电机,同样可以直接用PID控制算法,但是利用PID算法需要有系统的直接反馈值,如舵机算法中的反馈值通过光电传感检测获得,而驱动电机要想直接获得反馈值必须在硬件上设计车速传感器,这必然给硬件选择、硬件设计、PCB板设计、软件实现带来比较大的工作量；同时加上车速传感器之后智能车的重量也会增加,这样会增加驱动电机的负载,耗电速度快；同时智能车过重也会给舵机的转向带来负面影响,因为连接舵机和连杆的硬件是塑料做的东西,而且是两三个塑料卡在一起的,当智能车要转弯时,舵机转动的力是一定的,如果车身太重的话那么舵机转弯的力就会带不动前轮,而使这些力消耗在这几块塑料上,时间长了这些力就会使塑料变形,破坏车的硬件结构,影响车的性能,给车的行驶带来不稳定性和不可靠性.
然而加上车速传感器之后又能给驱动电机带来直接的控制,能比较有效、及时地改变驱动电机的转速,为智能车行驶提供比较好的参考.
本文所述的驱动电机间接PID控制算法的思想是：把舵机的PID控制算法的输出控制量当作驱动电机的控制算法的输入量,经过一定的算法之后,输出量做为驱动电机的输出控制量,从而实现驱动电机的间接PID控制算法.
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舵机的输出控制量为Uk的公式为：
Uk等于△Uk+Uk-1
其中△Uk玩为舵机输出控制量的增量,Uk-1为舵机前一
次的输出控制量.把Uk作为驱动电机的输入量.设驱动电机的输出控制量为M,其公式如下：
M等于（SV-BRV4）*Uk+BR4+SV,Uk≤0
M等于（SV-BlV4）*Uk+Bl4+SV,Uk>0
常量C为当智能车在直线上行驶时驱动电机的控制量,常量BRV4为当智能车在最大右转行驶时驱动电机的控制量.常量BR4为当智能车在最大右转行驶时舵机的理论控制值,常量BlV4为当智能车在最大左转行驶时驱动电机的控制量,常量Bl4为当智能车在最大左转行驶时机的理论控制值.则公式中M的算式为一元一次分段线性方程.
智能车左转的驱动电机控制量是线性减小的,而右转的驱动电机控制量是线性增加的.驱动电机控制量的线性变化优点在于能够使电机控制量的变化平稳,有利于小车在转弯时均匀地增加或减小控制量,从而使小车能够在转弯时保持平稳的速度行驶,不至于出现停顿现象.
参考文献
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[6]HAMAMATSU,LigodulationphotoICS7136,2007/07
[7]邵贝贝.单片机嵌入式应用的在线开发方法.北京：
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