张允硕 甄海锋 姜正义

摘要：全国大学生智能车竞赛中，三轮组要求车模以水平和直立两种姿态运行，由于直立要求车模质量均衡，而切换到水平状态下容易前轮抬起，传统的控制算法难以满足比赛要求。针对此问题，本文提出一种角度、速度串级控制算法，使车模抬起角度对速度产生抑制，实现水平姿态的稳定运行，实验结果表明，该算法及控制策略对车模角度控制非常有效，在保证水平姿态高速状态下仍可保持前轮贴地运行。

关键词：智能车;串级控制;姿态切换

问题引出

高度智能化的无人驾驶技术，是智能汽车研究热点。为了提高汽车在自动驾驶过程中鲁棒性要求，在最新一届的智能车竞赛中，提出要求将直立车模可以在直立和水平状态下任意切换运行。竞赛中，要求智能车能识别出断路区并迅速切换运行姿态，并在下一次断路区内切换回来，赛道中间有坡道元素，最终以用时最短的队伍获胜。

1速度控制算法设计

本文以恩智浦公司在“全国大学生智能汽车竞赛”中指定的D型车模为研究对象。该车模参数为：车长30cm，车宽25cm，车高15cm，车重约863g，用电感检测赛道中的铜线电流大小为100mA，頻率为20kHz，波形为方波的电流变化。

在车模直立运行过程中，直立与速度实现串级控制，将速度环PID控制器计算输出作为直立环输入偏差，直立环PID控制器输出PWM到电机，使车模维持一定角度前进，由此得到启发，当车模以水平状态运行时，将车模运行零点置零，即水平贴地状态时零点，将直立环PID控制器输出作为速度环偏差输入，车模运行过程中如果角度有抬起，则直立环输出为负，使速度环输出减小，车模减速，获得向后的加速度，车模继续以水平状态前进。……