自动往返电动小汽车
摘 要
本系统为电动小汽车的自动控制系统,在该系统的设计中,研究采用了脉宽调制(PWM)控制算法,很好地解决了小车的速度和加速度问题.系统采用89C51单片机为核心,三组光电检测电路分别用作位置,速度和方向的检测,功率三极管可控整流桥做马达驱动.180型伺服电机控制小车前进,后退和转向.系统液晶显示板可显示行驶时间和距离.
Abstract
An automatic control system for battery driven car has been presented in this report .In the design of this system, Pulse width modulation (PWM) control method is studied and adopted. The problems of speed and acceleration of car have been solved well. A microchip computer 89C51 was used as system central processing unit. Three groups of photodiode detection circuits served as sensors of position, speed and direction separately. Power transistor controllable rectifier bridges were used as motor driver. A 180 model server motor was used to control the car to go forward, go backward and turn the direction. The time and distance can be displayed in an LCD panel .
一.方案设计与论证
该系统为方位及速度控制系统,通过对汽车位置和运动状态信息的采样,完成在各段规定区域内汽车的加速,匀速,减速和在正确位置停车等功能.通过闭环控制算法,对被控制对象中的电机转速,转向进行控制,并实现了对舵向电机转向的自动控制,从而达到控制小车行驶路线的目的.系统中采用一片ATMEL89C51单片处理器作为主控制器,前向通道为测速,测位部分,后向通道为电机驱动部分,通过液晶显示屏和蜂鸣器进行行驶过程中的状态显示.系统框图如图1所示.
设计中,我们采用了高性能的伺服电机,小车加速及减速都在很短时间内完成.为了使小车在加速及减速过程中行驶平稳,我们认真研究了电机调速与驱动方案.
1,电机调速与驱动
方案一:采用电压调速方式.由单片机,DAC转换器和达林顿管共同构成恒压源来对电机的转速进行控制,但考虑到该恒压源电路不仅需要多电源供电,而且用电量相当大,所以不适合用于电动汽车的设计;
方案二:采用脉宽调制(PWM)控制方式.由于PWM调速系统的开关频率较高,经过电枢电感的滤波作用后就可获得平稳的直流电源,低速特性好.同样,由于开关频率高,快速响应特性好,动态抗干扰能力强,可以获得很宽的频带,开关器件只工作在开关状态,主电路损耗小,系统效率高.
综合以上考虑,采用PWM脉宽调制控制方式具有更多的优点,故选用PWM脉宽调制控制方式.
2,电机选择
方案一:采用步进电机.步进电机定位准确,可以精确控制电机转速及转过角度,记录小车行驶路程.但系统设计对小车速度有要求,而步进电机的高速特性远远不能达到设计要求,故不选用步进电机.
方案二:采用伺服电机.伺服电机高速性能好,控制也比较简单,配合全控桥式DC—DC变换电路容易实现方向控制及速度控制.
3,刹车控制
通过实验,我们得知:小车在达到最大速度后关闭电机将滑行大约1.2米,这个距离远远超过了题目中刹车区间的路程,故仅凭关掉电机是无法克服惯性而达到要求的,需要使用其他方法:
方案(1): 添加刹车装置;
方案(2): 反向驱动伺服电机而克服惯性 (此时电机并未反转,而是有反转趋势).
对于以上两种方案,方案(1)需要增加额外电路及机械部件,且机械式的刹车很难控制刹车力度.如果刹车使车轮抱死,将会出现车轮打滑,甚至在方向上失去平衡.而方案(2)可充分利用现有系统资源,实现方法简单,故选用方案(2).
二,系统硬件实现
直流伺服调速系统的方框图如图2所示.虚线框中的各功能环节均由89C51单片机来实现.

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