吳文灝 吳俊蓉 黃科樂 王擊（中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙，410083）

電磁導(dǎo)引線位置檢測(cè)技術(shù)研究

吳文灝 吳俊蓉 黃科樂 王擊
（中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙，410083）

以第十屆全國大學(xué)生“飛思卡爾杯”智能車競(jìng)賽電磁導(dǎo)引組為背景，本文研究了不同形狀軌道中導(dǎo)引線的位置，進(jìn)行了傳感器的設(shè)計(jì)，分析比較了曲線擬合算法和差值法的原理及優(yōu)缺點(diǎn)，最終選用差值法，對(duì)競(jìng)賽增加的直角軌道以斜向電感值代替外側(cè)兩電感值解算位置從而將直角彎道處理為普通彎道，對(duì)小S、連續(xù)大彎和坡道設(shè)計(jì)出利用三電感定位電感排布特點(diǎn)識(shí)別路況信息的方法，實(shí)現(xiàn)了速度規(guī)劃和舵機(jī)動(dòng)態(tài)P控制。

智能車；電磁導(dǎo)引；直角及連續(xù)彎道；坡道；三電感定位電感排布特點(diǎn)

當(dāng)前，無人自主車在減輕軍事傷亡和生活智能化方面都有著重要意義，本文以地面無人自主車和第十屆全國大學(xué)生“飛思卡爾杯”智能車競(jìng)賽電磁導(dǎo)引組為背景，研究了不同形狀軌道中導(dǎo)引線的位置。電磁導(dǎo)引是最早出現(xiàn)和應(yīng)用最廣的一種導(dǎo)引方式，具有可靠性高、控制策略簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。本文研究的即為電磁感應(yīng)埋線導(dǎo)引，并對(duì)此進(jìn)行了傳感器數(shù)量和位置設(shè)計(jì)，分析比較了不同算法，使用差值法對(duì)識(shí)別不同路況。

1 直角彎路徑識(shí)別

從第九屆比賽開始，電磁小車引入直角彎道，而直角彎的位置解算與之前不同，因此單獨(dú)討論。

電磁小車在通過直角彎道時(shí)，x向上的電感值幾乎為零沒有意義。因此引入斜向電感檢測(cè)直角。

本文提出兩種方案：一是根據(jù)上述直角彎道特征，在檢測(cè)直角彎道時(shí)直接給定位置偏差；二是將直角彎道當(dāng)做普通彎道處理。第一種方式由實(shí)際應(yīng)用來看易出現(xiàn)誤判，而第二種方式由于能夠很好地解決誤判問題，算法兼容性很強(qiáng)，故本文采用第二種方式。

由上述直角彎道特點(diǎn)分析與電感排布展示，可以發(fā)現(xiàn)，小車通過直角彎道時(shí)，x軸向電感值較小，斜向電感值差值很大。我們可以認(rèn)為這是直角彎道顯著特征。因此當(dāng)出現(xiàn)這種特征時(shí)，我們便利用斜向電感值代替x軸向外側(cè)兩電感值進(jìn)行位置解算。

2 典型復(fù)雜路徑識(shí)別及解決方案

（1）小S彎道

小S彎道的偏移量相對(duì)較小，但是賽道曲率中心在不斷改變，需要頻繁換向，小車在該賽道中容易劇烈抖動(dòng)，速度快則會(huì)跑出賽道。

在電磁小車行駛過程中，通過小S彎道時(shí)舵機(jī)的轉(zhuǎn)角應(yīng)當(dāng)盡量小，才能穩(wěn)定快速通過。那么，必須在電磁小車通過小S彎道時(shí)減小舵機(jī)控制的P參數(shù)［6］，但在通過大彎時(shí)需要增大P參數(shù)。因此，本文采用可實(shí)時(shí)調(diào)整的P參數(shù)，隨著彎道曲率的增大P相應(yīng)變大。同時(shí)，對(duì)于三電感定位的電感排布方式來說，中間電感的AD值隨著位置的絕對(duì)偏差的變大而減小，因此本文利用中間電感AD值來進(jìn)行動(dòng)態(tài)P的控制。

（2）連續(xù)彎道

小車在連續(xù)彎道里行駛時(shí)，從正的偏差快速變到負(fù)的偏差，利用這一特點(diǎn)來進(jìn)行判斷。智能車在過連續(xù)彎道的時(shí)候，必須減速行駛，否則非常容易沖出跑道。

動(dòng)態(tài)P有助于小車通過連續(xù)彎道。此外，通過上述位置解算算法所得到的位置偏差精確度高，路徑好。但在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，這樣的路徑并不適用于高速運(yùn)動(dòng)。輪胎側(cè)滑、車體甩尾、高速導(dǎo)致檢測(cè)不及時(shí)等情況都會(huì)導(dǎo)致連續(xù)彎道路徑不好。因此，小車在通過連續(xù)彎道時(shí)很有必要有一個(gè)更強(qiáng)的位置判定來優(yōu)化路徑。

在通過連續(xù)彎道時(shí)中間電感值一般較小，所以本文通過對(duì)中間電感AD值的檢測(cè)來判定連續(xù)彎道，并加強(qiáng)在連續(xù)彎道處的位置檢測(cè)。

（3）坡道

根據(jù)實(shí)際比賽情況，坡道必須減速。在賽道設(shè)計(jì)時(shí)，坡道不遠(yuǎn)處便是彎道，不減速則很有可能沖出跑道。

在本課題中，由于采用三電感排布，我們利用中間電感檢測(cè)坡道。賽道除坡道外幾乎都是在同一平面上。無論是上坡還是下坡，中間電感總有一個(gè)非常接近導(dǎo)引線的瞬間，將這作為坡道的一個(gè)標(biāo)志，一個(gè)為坡道開始，一個(gè)為坡道結(jié)束。關(guān)鍵語句為：

圖15 直角彎?rùn)z測(cè)示意圖

3 結(jié)論

本文根據(jù)電磁感應(yīng)原理進(jìn)行了小車自主駕駛導(dǎo)引線檢測(cè)技術(shù)的討論。以“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能車競(jìng)賽為背景，進(jìn)行了電感傳感器數(shù)量和位置設(shè)計(jì)，使用5個(gè)傳感器，采用差值法，對(duì)于常規(guī)軌道和新增的直角彎設(shè)計(jì)了相應(yīng)的檢測(cè)方案，并對(duì)小S彎道、連續(xù)彎道和坡道三種復(fù)雜路況創(chuàng)新地采用了三電感定位電感排布特點(diǎn)識(shí)別并分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的方案。實(shí)現(xiàn)了舵機(jī)的動(dòng)態(tài)P控制。實(shí)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了方案的可行性，實(shí)物小車成功實(shí)現(xiàn)了電磁導(dǎo)引線位置的準(zhǔn)確檢測(cè)，小車平穩(wěn)運(yùn)行。

（References）

［1］王能才. 基于電磁導(dǎo)航的智能車信號(hào)檢測(cè)與控制策略研究 ［D］. 蘭州：蘭州理工大學(xué)，2002.

［2］胡長(zhǎng)輝，葉夢(mèng)君，汪漫，等. 基于電磁技術(shù)的智能車路徑識(shí)別的研究［J］. 湖北師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，31（2）：54-58.

［3］劉源，張文斌，劉雪揚(yáng)，等. 電磁導(dǎo)航智能車檢測(cè)和控制系統(tǒng)的研究［J］. 傳感器與微系統(tǒng)，2012，31（4）：63-66.

［4］許眾. 基于飛思卡爾智能車的電磁導(dǎo)航控制技術(shù)研究［D］. 沈陽：沈陽理工大學(xué)，2013.

［5］潘明，汪鐳，康琦，吳啟迪. 基于電磁信號(hào)導(dǎo)航的智能車系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)［J］. 中國科技論文，2014，9（4）：407-412.

［6］魯世斌，蔣先偉，張量，等. 基于電磁傳感器的智能車設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］. 阜陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，31（1）：26-29.

上接P86頁

4 結(jié)語

綜上所述，增壓鍋爐的工作系統(tǒng)還是相對(duì)復(fù)雜的，影響鍋爐內(nèi)燃料熱力性能的因素也非常多，主要包括爐膛容積熱負(fù)荷、增壓比、蒸汽產(chǎn)量，過熱蒸汽溫度及經(jīng)濟(jì)器出口水溫，爐膛理論燃燒溫度及爐膛出口煙溫，增壓鍋爐熱損失以及管束傳熱與流動(dòng)特性等等。其中，很多因素即使通過大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出其變化規(guī)律，但控制起來有很大的難度，因此，需要相關(guān)業(yè)內(nèi)人士不斷探索，對(duì)相關(guān)技術(shù)不斷改進(jìn)與創(chuàng)新，最大程度的提高其可靠性，提高其燃燒效率，實(shí)現(xiàn)較高的性能指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)（References）

［1］周耘，王康，陳思明.工業(yè)余熱利用現(xiàn)狀及技術(shù)展望［J］．科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010（23 ）.

［2］李健民，藺觀江，秦海英.反滲透技術(shù)在干熄焦鍋爐中的應(yīng)用與分析［J］．工業(yè)水處理，2003（12）∶112-114.

吳文灝（1995-），男，湖北咸寧人，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化。

中南大學(xué)本科生自由探索計(jì)劃項(xiàng)目（201510533287）