本發(fā)明涉及兩輪差速控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種兩輪差速控制無級(jí)平衡標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：

兩輪差速控制有很多實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，如移動(dòng)機(jī)器人、電動(dòng)小車、平衡車等等。兩輪差速控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，既不需要專門的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，也不需要為車輪和車軸預(yù)留太多空間。因此，兩輪差速控制系統(tǒng)簡單廉價(jià)實(shí)用，擁有非常廣闊的市場(chǎng)。

兩輪差速控制一般使用直流電動(dòng)機(jī)，采用直流電機(jī)h橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，通過脈沖寬度調(diào)制(pwm)調(diào)速。為了提高控制精度，需要對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制，所以一般有刷電動(dòng)機(jī)需要加裝旋轉(zhuǎn)正交編碼器。

如圖1所示的h橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)，因其外形酷似字母“h”，所以稱作h橋驅(qū)動(dòng)電路。要使電機(jī)m運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)三極管導(dǎo)通。例如圖2和圖3所示，當(dāng)q1管和q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)q1從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng)q4回到電源負(fù)極，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)三極管q2和q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖4所示，完整的晶體管h橋驅(qū)動(dòng)電路，pwm1、pwm2為電機(jī)方向控制輸入端，pwm1＝1，pwm2＝0時(shí)正轉(zhuǎn)，pwm1＝0、pwm2＝1時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。pwm1、pwm2同時(shí)也是電機(jī)調(diào)速的脈寬輸入端。

晶體管是最為廉價(jià)的控制方法，但在晶體管上有明顯的壓降，會(huì)產(chǎn)生功率的損耗，效率不高，適宜應(yīng)用在低電壓、小功率的場(chǎng)合。如圖5所示的場(chǎng)效應(yīng)管組成的h橋驅(qū)動(dòng)電路，該電路的功能：s1閉合，電機(jī)正轉(zhuǎn)；s1斷開，電機(jī)反轉(zhuǎn)；s2閉合，電機(jī)轉(zhuǎn)；s2斷開，電機(jī)停。場(chǎng)效應(yīng)管是效率最高的控制方式，但價(jià)格較高，通常應(yīng)用在大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

現(xiàn)實(shí)使用中，兩輪差速控制系統(tǒng)存在生產(chǎn)安裝不可能完全一致的問題，因此兩個(gè)車輪在實(shí)際使用時(shí)會(huì)有些許偏差。兩輪之間的不同偏差程度會(huì)產(chǎn)生不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這種結(jié)果會(huì)嚴(yán)重影響基于車輛模型進(jìn)行智能控制的精度。鑒于此，本發(fā)明提供了一種兩輪差速控制無級(jí)平衡標(biāo)定方法，通過對(duì)兩輪之間的旋轉(zhuǎn)速度誤差進(jìn)行補(bǔ)償，來提高車輛直線運(yùn)動(dòng)的精度，進(jìn)而改善基于車輛差速驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行智能控制的效果。

在現(xiàn)有技術(shù)中，即使相同的生產(chǎn)線生產(chǎn)的兩個(gè)設(shè)備，也不可能完全相同；再加上安裝設(shè)備、輪轂尺寸、輪胎尺寸和變形等，都會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)車輪在實(shí)際使用時(shí)會(huì)有些許偏差，兩輪之間的不同偏差程度會(huì)產(chǎn)生不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這種結(jié)果會(huì)嚴(yán)重影響基于車輛模型進(jìn)行智能控制的精度。通過對(duì)兩輪之間的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，以提高車輛直線運(yùn)動(dòng)的精度，通過采用本發(fā)明所述的兩輪差速控制無級(jí)平衡標(biāo)定方法，可以明顯提高車輛直線運(yùn)動(dòng)精度，進(jìn)而改善基于車輛模型進(jìn)行智能控制的效果。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

一種兩輪差速控制無級(jí)平衡標(biāo)定方法，應(yīng)用于兩輪差速控制系統(tǒng)，所述兩輪差速控制無級(jí)平衡標(biāo)定方法通過對(duì)兩輪之間的旋轉(zhuǎn)速度誤差進(jìn)行補(bǔ)償，來提高車輛直線運(yùn)動(dòng)的精度，進(jìn)而改善基于車輛差速驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行智能控制的效果。所述兩輪之間的旋轉(zhuǎn)速度誤差補(bǔ)償，是通過累計(jì)每一個(gè)控制周期中無法執(zhí)行的控制精度偏差，當(dāng)這種累計(jì)的偏差達(dá)到可控制精度時(shí)，進(jìn)行補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)將系統(tǒng)偏差控制在數(shù)據(jù)可以表達(dá)的精度內(nèi)。

優(yōu)選的是，所述兩輪之間的旋轉(zhuǎn)速度誤差補(bǔ)償，采用的無級(jí)平衡補(bǔ)償計(jì)算式：

deviation0＝0；

realvalue＝refvalue*ratio；

value＝[realvalue+deviationi-1]；

deviationi＝realvalue-value；

其中，deviation表示偏差；

deviation0表示初始偏差；

realvalue表示期望值；

refvalue表示參考值；

ratio表示比例系數(shù)；

value表示輸出值；

[realvalue+deviationi-1]表示將期望值和累計(jì)到目前的偏差相加，然后取整；

deviationoi表示累計(jì)到目前的偏差。

在上述任一技術(shù)方案中優(yōu)選的是，所述累計(jì)的偏差還包括且不限于四舍五入、向上取整、向下取整的方式，且結(jié)果類似。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中h橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中h橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖；

圖3為現(xiàn)有技術(shù)中h橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖；

圖4為現(xiàn)有技術(shù)中晶體管h橋驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為現(xiàn)有技術(shù)中場(chǎng)效應(yīng)管組成的h橋驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為現(xiàn)有技術(shù)中車輛差速驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型示意圖；

圖7為按照本發(fā)明的兩輪差速控制無級(jí)平衡標(biāo)定方法的一優(yōu)選實(shí)施例的固定補(bǔ)償和無級(jí)平衡的比較示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

為了克服兩輪差速控制系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)中所存在的兩輪偏差影響基于車輛模型進(jìn)行智能控制的精度問題，本發(fā)明實(shí)施例提出一種兩輪差速控制無級(jí)平衡標(biāo)定方法，通過對(duì)兩輪之間的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，以提高車輛直線運(yùn)動(dòng)的精度，進(jìn)而改善基于車輛模型進(jìn)行智能控制的效果。

如圖6所示的車輛差速驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，其差速驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)常用量如表1所述，

表1

則

(1)左右輪線速度：

(2)左右輪旋轉(zhuǎn)距離：

sl＝vl*t，

sr＝vr*t，

(3)車速：

(4)旋轉(zhuǎn)角速度：

(5)旋轉(zhuǎn)角度：

由此可見，兩輪差速驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的位姿和運(yùn)動(dòng)信息都可以通過編碼器和時(shí)間計(jì)算得到。因此，只要精確控制產(chǎn)生編碼器信息的電動(dòng)機(jī)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛位姿和運(yùn)動(dòng)的精確控制。

為了保證兩輪差速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)直線運(yùn)動(dòng)，從上述車輛差速驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型可知，只需要保證兩輪旋轉(zhuǎn)速度相同即可，也就是編碼器的值以相同速度變化。但是因?yàn)檎`差的存在，使得兩輪即使旋轉(zhuǎn)速度相同，在行駛距離達(dá)到20米后，誤差已經(jīng)比較大，以至于無法獲取準(zhǔn)確的位姿信息，從而無法進(jìn)行精確控制。

兩輪差速控制無級(jí)平衡標(biāo)定方法就是通過對(duì)兩輪之間的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，以提高車輛直線運(yùn)動(dòng)的精度，也是進(jìn)行曲線運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)。

從理論上來說，只需要以一個(gè)電動(dòng)機(jī)為參考，調(diào)整另一個(gè)電動(dòng)機(jī)的速度即可。但是，通過編碼器值進(jìn)行閉環(huán)控制時(shí)，編碼器是離散值，如果只是以變換控制周期進(jìn)行固定補(bǔ)償，雖然能夠減小整體的固定偏差，但是隨著時(shí)間的延長，這種固定偏差還是會(huì)累積。而為了獲得較高的控制精度，隨著控制頻率的提高和控制周期的累積，這種固定偏差無疑會(huì)產(chǎn)生比較大的系統(tǒng)偏差。

本發(fā)明實(shí)施例的兩輪差速控制無級(jí)平衡標(biāo)定方法，通過累計(jì)每一個(gè)控制周期中無法執(zhí)行的控制精度偏差，當(dāng)這種累計(jì)的偏差達(dá)到可控制精度時(shí)，進(jìn)行補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)將系統(tǒng)偏差控制在數(shù)據(jù)可以表達(dá)的精度內(nèi)。

本發(fā)明實(shí)施例的兩輪差速控制無級(jí)平衡標(biāo)定方法，一般來說，數(shù)據(jù)采用單精度或雙精度浮點(diǎn)數(shù)即可。

本發(fā)明實(shí)施例的兩輪差速控制無級(jí)平衡標(biāo)定方法，所采用的無級(jí)平衡補(bǔ)償計(jì)算方法包括：

deviation0＝0；

realvalue＝refvalue*ratio；

value＝[realvalue+deviationi-1]；

deviationi＝realvalue-value；

其中，deviation表示偏差；

deviation0表示初始偏差；

realvalue表示期望值；

refvalue表示參考值；

ratio表示比例系數(shù)；

value表示輸出值；

[realvalue+deviationi-1]表示將期望值和累計(jì)到目前的偏差相加，然后取整；

deviationi表示累計(jì)到目前的偏差。

固定補(bǔ)償和無級(jí)平衡的比較如表2和圖7所示，采用四舍五入方式取整。累計(jì)偏差可以控制在取整時(shí)的偏差范圍以內(nèi)。也可以用其它方式取整，例如向上取整，向下取整，結(jié)果類似。采用固定補(bǔ)償時(shí)，累計(jì)偏差等于一個(gè)周期中的偏差乘以周期數(shù)。因此，12個(gè)周期后，固定補(bǔ)償?shù)睦塾?jì)偏差為(11-10.7)*12＝3.6；而采用無級(jí)平衡后,參考表中的數(shù)據(jù)可知累計(jì)偏差為0.4，且該偏差不會(huì)根據(jù)時(shí)間累積，最大為0.5。

表2

采用本發(fā)明實(shí)施例的兩輪差速控制無級(jí)平衡標(biāo)定方法，對(duì)兩輪之間的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，通過累計(jì)每一個(gè)控制周期中無法執(zhí)行的控制精度偏差，當(dāng)這種累計(jì)的偏差達(dá)到可控制精度時(shí)，進(jìn)行補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)將系統(tǒng)偏差控制在數(shù)據(jù)可以表達(dá)的精度內(nèi)。通過上述具體實(shí)施方法可以看出，采用兩輪差速控制無級(jí)平衡標(biāo)定方法，可以明顯提高車輛直線運(yùn)動(dòng)精度，進(jìn)而改善基于車輛模型進(jìn)行智能控制的效果。一般在未標(biāo)定的情況下，控制車輛向前行駛20米，橫向誤差可達(dá)2米，轉(zhuǎn)向誤差可達(dá)10°。通過無級(jí)平衡標(biāo)定后，20米橫向誤差可控制在0.5米以內(nèi)，轉(zhuǎn)向誤差可控制在2°以內(nèi)。

以上所述僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非是對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定；以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍；在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。