摘要：智能車PID算法的設(shè)計實驗綜合運用了C語言程序設(shè)計、單片機原理及現(xiàn)代控制理論等課程知識。學生通過實驗，掌握智能車PID算法的基本原理，提高學生綜合運用知識和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：PID算法；智能車；舵機控制

中圖分類號：TP318 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）16-3826-04

實驗教學是高等教育體系中必不可少的重要環(huán)節(jié)，對提高學生的工程實踐能力，加深其對理論知識的理解有十分重要的作用。目前國內(nèi)大多數(shù)高校仍以單一學科的驗證性實驗為主，過分強調(diào)實驗課程所在的學科體系的系統(tǒng)性和完備性。容易造成實驗課程間不必要的重復(fù)，造成實驗內(nèi)容和教學時數(shù)的膨脹，嚴重影響專業(yè)教學效果和學生對專業(yè)知識的掌握[1]。

本文以C語言程序設(shè)計、單片機原理及現(xiàn)代控制理論等課程實驗為基礎(chǔ)，通過 “智能車PID算法”的實驗設(shè)計，旨在對高校如何深化電子類設(shè)計性實驗的教學改革進行探討。

1 智能車PID算法的實驗?zāi)康?/p>

在智能車同一硬件平臺的基礎(chǔ)上，通過在MC9S12XS128單片機分別固化2種不同的PID控制軟件，旨在研究智能車PID算法的最優(yōu)控制速度及穩(wěn)定性。

2 智能車PID算法控制的實驗設(shè)計

智能車自動控制算法一般采用基于反饋控制的PID算法，該算法一般涵蓋3個過程：測量、比較和執(zhí)行。即把測量到的變量與期望值相比較，然后用所得誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。

2.1 智能車PID控制的實驗原理

積分環(huán)節(jié)：積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)作用雖然會消除靜態(tài)誤差，但也會降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，增加系統(tǒng)的超調(diào)量。積分常數(shù)[Ti]越大，積分的積累作用越弱，這時系統(tǒng)在過渡時不會產(chǎn)生振蕩；但是增大積分常數(shù)[Ti]會減慢靜態(tài)誤差的消除過程，消除偏差所需的時間也就越長，但可以減少超調(diào)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

微分環(huán)節(jié)：微分環(huán)節(jié)的作用是阻止偏差的變化。它是根據(jù)偏差變化的趨勢（變化速度）進行控制。偏差變化的越快，微分控制器的輸出也就越大，并能在偏差值變大之前進行修正。微分作用的引入，將有助于減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，特別對高階系統(tǒng)非常有利，它加快了系統(tǒng)的跟蹤速度。但微分的作用對輸入信號的噪聲很敏感，對那些噪聲較大的系統(tǒng)一般不用微分，或在微分起作用之前先對輸入信號進行濾波。

2.3 智能車PID控制的實驗步驟

根據(jù)智能車實驗設(shè)計要求的實際情況，該文智能車所用的采集信號的工具是攝像頭，并且將采集到的圖像進行二值化處理，最后得到的采集信息是若干楨二值化圖像，另外通過閾值的限定，將采集到白色圖像作1處理，而其余顏色全作為0處理，如圖1所示。二值化圖像共58行，116列，通過這種方式的處理，可以清晰明朗地看到，要想智能車平穩(wěn)地在賽道上行駛，就需要它的行駛軌跡及范圍在賽道的白色區(qū)域，也就是二值化圖像的全1位置。

在舵機控制的問題上，輸入?yún)⒖贾岛头答佒档倪x定可以演變?yōu)楹谏珗D像邊緣位置的變化。該文采集的任意二值化圖像用二維數(shù)組將所有的值存儲起來，并用程序從最中間的白色位置向兩邊尋值，每次尋值選擇恰當?shù)囊恍羞M行尋值（根據(jù)改進增量式PID算法的要求至少需要三行數(shù)據(jù)），直到尋到黑色邊緣為止，并將每一行黑色邊緣的位置值記錄下來，如圖2所示。圖中每一行對應(yīng)的邊緣位置值共有兩個，分別記為z和y，然后根據(jù)z和y的前后變化得出當前所需的控制量。

3 智能車PID控制的實驗結(jié)果分析

參考文獻：

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