飛思卡爾智能車(chē)舵機(jī)和測(cè)速的控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

舵機(jī)由舵盤(pán)、位置反饋電位計(jì)、減速齒輪組、直流動(dòng)電機(jī)和控制電路組成，內(nèi)部位置反饋減速齒輪組由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其輸出軸帶動(dòng)一個(gè)具有線性比例特性的位置反饋電位器作為位置檢測(cè)。當(dāng)電位器轉(zhuǎn)角線性地轉(zhuǎn)換為電壓并反饋給控制電路時(shí)，控制電路將反饋信號(hào)與輸入的控制脈沖信號(hào)相比較，產(chǎn)生糾正脈沖，控制并驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)，使減速齒輪組輸出的位置與期望值相符。從而達(dá)到舵機(jī)精確控制轉(zhuǎn)向角度的目的。舵機(jī)工作原理框圖如圖3所示。

2．2 舵機(jī)的安裝與調(diào)節(jié)
舵機(jī)的控制脈寬與轉(zhuǎn)角在-45°～+45°范圍內(nèi)線性變化。對(duì)于對(duì)速度有一定要求的智能車(chē)，舵機(jī)的響應(yīng)速度和舵機(jī)的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比直接影響車(chē)模能否以最佳速度順利通過(guò)彎道。車(chē)模在賽道上高速行駛，特別是對(duì)于前瞻性不夠遠(yuǎn)的紅外光電檢測(cè)智能車(chē)，舵機(jī)的響應(yīng)速度及其轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比將直接影響車(chē)模行駛的穩(wěn)定性，因此必須細(xì)心調(diào)試，逐一解決。由于舵機(jī)從執(zhí)行轉(zhuǎn)動(dòng)指令到響應(yīng)輸出需占用一定的時(shí)間，因而產(chǎn)生舵機(jī)實(shí)時(shí)控制的滯后。雖然車(chē)模在進(jìn)入彎道時(shí)能夠檢測(cè)到黑色路線的偏轉(zhuǎn)方向，但由于舵機(jī)的滯后性，使得車(chē)模在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中時(shí)常偏離跑道，且速度越快，偏離越遠(yuǎn)，極大限制車(chē)模在連續(xù)彎道上行駛的最大時(shí)速，使得車(chē)模全程賽道速度很難進(jìn)一步提高。為了減小舵機(jī)響應(yīng)時(shí)間，在遵守比賽規(guī)則不允許改造舵機(jī)結(jié)構(gòu)的前提下，利用杠桿原理，采用加長(zhǎng)舵機(jī)力臂的方案來(lái)彌補(bǔ)這一缺陷，加長(zhǎng)舵機(jī)力臂示意圖如圖4所示。

圖4中，R為舵機(jī)力臂；θ為舵機(jī)轉(zhuǎn)向角度；F為轉(zhuǎn)向所需外力；α為外力同力臂的夾角。在舵機(jī)輸出盤(pán)上增加長(zhǎng)方形杠桿，在杠桿的末端固定轉(zhuǎn)向傳動(dòng)連桿，其表達(dá)式為：

加長(zhǎng)力臂后欲使前輪轉(zhuǎn)動(dòng)相同角度時(shí)，在舵機(jī)角速度ω相同的條件下舵機(jī)力臂加長(zhǎng)后增大了線速度v，最終使得舵機(jī)的轉(zhuǎn)向角度θ減小。舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)角θ減小，舵機(jī)的響應(yīng)時(shí)間t也會(huì)變短。同時(shí)由式(1)可推出線速度口增大后，前輪轉(zhuǎn)向所需的時(shí)間t相應(yīng)也會(huì)變短，其表達(dá)式為：t=ds／dv (2)
此外，當(dāng)舵機(jī)連桿水平且與舵機(jī)力臂垂直時(shí)，得到力矩M，可由式(3)表示：M=FRsinα (3)
說(shuō)明當(dāng)舵機(jī)連桿和舵機(jī)力臂垂直時(shí)α=900°，此時(shí)sinα得到最大值。在舵機(jī)力臂R一定和外力F相同條件下，舵機(jī)產(chǎn)生的力矩M最大，實(shí)現(xiàn)前輪轉(zhuǎn)向的時(shí)間最短。