CN105691443A - 利用pid控制的高尔夫球车的自动转向装置及转向方法 - Google Patents

利用pid控制的高尔夫球车的自动转向装置及转向方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及利用PID控制的高尔夫球车的自动转向装置及转向方法。自动转向装置包括：包括根据转向控制信号变更转向角的转向电机的转向部；与转向角相应地旋转并检测埋设在球车道路下面的感应线圈而生成检测电压的感应传感器部；分析所述检测电压而生成可控制高尔夫球车的转向角的所述转向控制信号以使高尔夫球车沿着感应线圈行驶的转向控制部；及检测由所述转向电机输出的转向电流的电流传感器；所述转向控制部将与所述检测电压对应的电流作为指令电流接收，并接收反馈的所述转向电流而实施PID控制，且变更PID控制的增益系数并实施控制。本发明的有益效果是控制高尔夫球车在外部环境出现变化时也可以不脱离或偏离行驶道路并安全自动行驶。

Description

利用PID控制的高尔夫球车的自动转向装置及转向方法
技术领域
本发明涉及利用比例-积分-微分控制器PID(proportionalintegralderivative)控制的高尔夫球车的自动转向装置及转向方法。具体是，利用PID控制自动调整转向角而使高尔夫球车沿着感应线圈自动行驶的利用PID控制的高尔夫球车的自动转向装置及转向方法。
背景技术
高尔夫球车(golfcart)是在高尔夫球场使用的汽车，便于高尔夫球手乘坐并装上高尔夫球杆移动。使用高尔夫球车可以将高尔夫球手和高尔夫装备在广阔的高尔夫球场方便并迅速地移动，是管理高尔夫球场必需的移动手段。
高尔夫球车的驾驶模式有手动驾驶模式和自动驾驶模式。手动驾驶模式是高尔夫球车的驾驶者操纵驾驶盘、油门和制动器等，进而自我控制高尔夫球车行驶的模式。自动驾驶模式是与高尔夫球车的驾驶者操纵无关，是通过高尔夫球车上装配的各种控制装置自动控制行驶的模式，而且为了高尔夫球车以自动驾驶模式行驶需要在卡车道路下面埋设感应线圈。
如果高尔夫球车以自动驾驶模式行驶，则在如冬季外部温度低的环境、山岳带等难以行驶的道路等状况下高尔夫球车容易发生脱离或偏离行驶道路的事故。
因此需要一种高尔夫球车在外部气温或行驶道路状态等外部环境变化下也可以安全地自动行驶、不脱离或偏离行驶道的技术。
发明内容
技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种利用PID控制自动调整高尔夫球车的转向角，且标准时间内无法达到控制目标时校正PID系数，使转向角尽快达到控制目标，以外部环境变化时也可以使高尔夫球车不脱离或偏离行驶道路仍然安全自动行驶的利用PID的高尔夫球车自动转向装置及其转方向。
技术方案
本发明提供一种利用PID控制的高尔夫球车的自动转向装置，包括：包括根据转向控制信号变更转向角的转向电机的转向部；与转向角相应地旋转并检测埋设在球车道路下面的感应线圈而生成检测电压的感应传感器部；分析所述检测电压而生成可控制高尔夫球车的转向角的所述转向控制信号以使高尔夫球车沿着感应线圈行驶的转向控制部；以及检测由所述转向电机输出的转向电流的电流传感器；所述转向控制部将与所述检测电压对应的电流作为指令电流接收，并接收反馈的所述转向电流而实施PID控制，且变更PID控制的增益系数并实施控制。
优选地，所述转向控制部可包括：包括比例控制部、积分控制部和微分控制部的PID控制部；以及所述转向电流在标准时间内达不到目标值时对所述比例控制部、积分控制部和微分控制部的各增益系数实施校正的系数校正部。
一种利用比例-积分-微分控制器控制的高尔夫球车的自动转向方法，所述利用比例-积分-微分控制器控制的高尔夫球车的自动转向方法包括：(a)转向控制部接收由与高尔夫球车的转向角相应地旋转的感应传感器部检测埋设于地下的感应线圈而生成的检测电压的阶段；以及(b)所述转向控制部分析所述检测电压而生成可控制所述高尔夫球车的转向角的转向控制信号以使所述高尔夫球车沿着所述感应线圈行驶的阶段；所述(b)阶段包括与所述检测电压对应的电流作为指令电流接收，接收由变更所述转向角的转向电机输出的反馈的转向电流而实施所述比例-积分-微分控制器控制而生成所述转向控制信号，并改变所述比例-积分-微分控制器控制的增益系数并实施控制。
有益效果
本发明的有益效果是，标准时间内达不到控制目标时校正PID系数，使转向角尽快达到控制目标，进而控制高尔夫球车在外部环境出现变化时也可以不脱离或偏离行驶道路并安全自动行驶。
附图说明
图1是本发明的利用PID控制的高尔夫球车自动转向装置的框图；
图2是本发明的感应传感器部的例示图；
图3是详细显示转向控制部的框图；
图4是显示系数校正部的框图；
图5是本发明的PID控制的说明图；
图6是显示本发明的利用PID控制的高尔夫球车自动转向方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所述的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例所述技术方案的范围。
第一、第二等用语可以用于描述各种构件，但所述构件并不限于所述术语。所述用语只用于将一个构件与其它构件进行区别的目的。例如，第一构件可以用第二构件命名，相同地第二构件也可以用第一构件命名，但都不脱离本发明的保护范围。
本发明中使用的用语仅用以说明特定实施例，并不是对本发明进行限制。本说明书中的单数形式，在文句中没有特别提示的前提下，也包含复数形式。说明书中使用的“包括”或者“具有”等用语用于指定说明书中叙述的特征、数字、阶段、动作、构件、部件或这些组合的存在，并不是排除一个或其以上的其它特征或数字、阶段、动作、构件、部件或这些组合的存在或附加的可能性。
在没有特殊定义的前提下，这里使用的所有用语包括技术或科学用语在内，与本发明所属技术领域的普通技术人员的理解具有相同的含义。
一般使用的词典上有定义的用语符合相关技术的上下文中的含义，没有明确描述的前提下，不包括异常或过度解释。
高尔夫球车的驾驶模式有手动驾驶模式和自动驾驶模式。手动驾驶模式是高尔夫球车驾驶者操纵方向盘、油门和制动器等以自我控制高尔夫球车行驶的模式。自动驾驶模式是与高尔夫球手的驾驶者操纵无关，是通过高尔夫球车上装配的各种控制装置自动控制行驶的模式，而且为了高尔夫球手以自动驾驶模式行驶，须在卡车道路下面埋设感应线圈。
感应线圈是在高夫球场高尔夫球车行驶道路建设的球车道路底下埋设的线圈。高尔夫球车是通过控制可以检测感应线圈并沿着感应线圈行驶，感应线圈可以预防高尔夫球车在自动驾驶模式下脱离球车道路行驶。所述感应线圈被埋设在球车道路中央的地底下成一列。
本发明涉及可以自动调整高尔夫球车的转向角而使高尔夫球车在自动驾驶模式自动行驶但不脱离或偏离行驶道路的装置及减速方法，即利用PID控制自动调整高尔夫球车的转向角，但标准时间内达不到控制目标时校正PID系数，使转向角尽快达到控制目标而使高尔夫球车在外部环境变化时也可以不脱离或偏离行驶道路安全自动行驶。
下面结合附图详述本发明的优选实施例。各附图中标出的同一个参考符号表示同一个部件。
图1是本发明的利用PID(proportionalintegralderivative)控制的高尔夫球车自动转向装置的框图。
根据图1，利用PID控制的高尔夫球车的自动转向装置100包括感应传感器部110、转向控制部120、转向部130和电流传感器140。
感应传感器部110与高尔夫球车车轮转向角相应地旋转，并检测道路底下埋设的感应线圈而生成检测电压。所述感应传感器部110包括多个感应传感器。
图2是本发明的感应传感器部的例示图。
感应传感器部110包括以中央为准以一定间隔相离配置于左右的一对感应传感器111_L、111_R和支承感应传感器111_L、111_R的导向臂112，中央还包括一个感应传感器111_C。
各感应传感器111_L、111_R、111_C会检测球车道路下埋设的感应线圈15并生成检测电压，检测电压根据各感应传感器111_L、111_R、111_C之间距离变化发生变化。如后所述，转向控制部120分析由各感应传感器111_L，、111_R、111_C生成的检测电压，进而控制高尔夫球车的转向角，以使高尔夫球车沿着感应线圈10行驶。
导向臂112为T字形臂，导向臂112中位于高尔夫球车前面部的臂上装配有感应传感器111_L、111_R、111_C。高尔夫球车的前轮11_f转向时导向臂112也向与高尔夫球车轮转向角同样角度(α)旋转而位于导向臂112前面部的臂始终保持与高尔夫球车轮垂直的状态。
转向控制部120利用PID控制尔控制高尔夫球车轮的转向角，分析感应传感器部110生成的检测电压，进而生成控制高尔夫球车转向的转向控制信号，使高尔夫球车沿着感应线圈行驶。
转向控制部120分析由左右感应传感器111_L、111_R生成的检测电压的偏差，生成使高尔夫球车的转向角向检测电压之间偏差被消除的方向变化的转向控制信号。如果具备中央感应传感器111_C，则转向控制部120使高尔夫球车的转向角向中央感应传感器111_C的检测电压变大的方向变化而控制转向。
转向部130包括可以根据转向控制信号变更高尔夫球车的转向角的转向电机135。另一方面，转向部130包括与转向电机135连接的转向轴(无图示)和转向齿轮箱(无图示)，转向轴和转向齿轮箱采用的是汽车和高尔夫球车上使用的普通组成，故不再详述。
转向电机135是该旋转动作随转向控制信号受到控制，转向电机135的输出端连接有电流传感器140。高尔夫球车的转向角是因转向电机135而发生变化，而连接于转向电机135的电流传感器140则检测由转向电机135输出的转向电流而判断转向角变更与否。
图3是详细显示转向控制部的框图。
如前所述，转向控制部120分析由感应传感器部110生成的检测电压而生成可控制高尔夫球车的转向角的转向控制信号，此时的转向控制部120利用PID控制。
根据图3，转向控制部120包括PID控制部121和系数校正部122，还可以包括减算器123和加算器124。
PID控制部121包括比例控制部1211、积分控制部1212和微分控制部1213。
PID控制部121前端的减算部123接收指令电流和反馈电流而输出其差分信号。本发明中指令电流是与检测电压对应的电流，反馈电流是由转向电机135输出的转向电流。
比例控制部1211是对由减算器123输出的差分信号乘以适当的比例增益(ProportionalGain)而制作出控制信号。
积分控制部1212是对由减算器123输出的差分信号根据适当的积分增益(IntegralGain)实施积分而制作控制信号。积分增益(IntegralGain)是表示积分的次数，积分增益的倒数为积分时间常数(IntegralTimeConstant)。
微分控制部1212是对由减算器123输出的差分信号根据适当的微分增益(DerivativeGain)实施微分而制作控制信号。微分增益(DerivativeGain)表示微分的次数。
加算器124是将各控制部1211、1212、1213的输出信号合算输出。
另一方面，系数校正部122是分析反馈电流后如果反馈电流在标准时间以内达不到目标值即可校正各控制部1211、1212、1213的增益。
在普通的PID控制下，各控制部1211、1212、1213的增益系数不会发生变化，保持预定的系数。如普通的PID控制，PID控制器的各增益系数是固定的，则根据周边温度、高尔夫球车重量、周边地形以及高尔夫球车的各配件装配环境等各种外部环境变化，控制目标值和控制结果产生的有效值之间产生差异(gap)。
但根据本发明，为了外部环境变化时可快速追踪目标值地实施控制，检测反馈电流在标准时间内是否达到目标值，如果反馈电流在标准时间内达不到目标值，系数校正部122强制调整各控制部1211、1212、1213的增益。
系数校正部122调整各控制部1211、1212、1213的增益而使反馈电流在较快时间内追踪目标值，进而消除控制目标值和控制结果产生的有效值之间差异而防止高尔夫球车脱离或偏离行驶车道。
图4是显示系数校正部的框图。
根据图4，系数校正部122包括分析部1221和校正部1222。
分析部1221是由转向电机135反馈的反馈电流即转向电流而在检测转向电流是否在标准时间之内达到目标值。
例如，标准时间可设定为300ms，但所述标准时间并不限于所述例示，可以根据高尔夫球车的特性和技术参数以及外部环境等适当决定。
如果转向电流在标准时间之内达不到目标值，由校正部1222会强制调整各控制部1211、1212、1213的增益系数。
转向电流在标准时间内达到目标值时校正部1222不会调整各控制部1211、1212、1213的增益系数并利用现有增益系数。
图5是说明本发明的PID控制的示意图。
平时利用现有的PID控制则控制对象可快速追踪目标值，因此并不会发生问题。但如冬季外部温度低、山岳带等行驶道路比较难行驶、人或物品超载、配件装配状态不良等情况发生时容易发生控制对象过了一段时间也无法跟踪目标值的情况。发生这种情况则高尔夫球车的转向角无法得到正确控制，结果脱离或偏离行驶车道。
但根据本发明，反馈电流在标准时间内达不到目标值时系数校正部122对各控制部1211、1212、1213的增益强制实施调整而使控制对象过一段时间(Δt)之后快速跟踪到目标值。进而防止高尔夫球车脱离或偏离行驶车道。
下面说明本发明的利用本发明的PID控制的高尔夫球车的自动转向方法。本发明的利用本发明的PID控制的高尔夫球车的自动转向方法是从本质上与本发明的利用本发明的PID控制的高尔夫球车自动转向装置一致，故不再详述并省略重复说明内容。
图6是显示利用本发明的PID控制的高尔夫球车自动转向方法的流程图。
首先，感应传感器部110与高尔夫球车轮的转向角相应地旋转，并检测球车道路下面埋设的感应线圈而生成检测电压(S100阶段)。
转向控制部120分析由感应传感器部110生成的检测电压，并利用PID控制生成可控制高尔夫球车转向的转向控制信号而使高尔夫球车沿着感应线圈行驶(S200阶段)。
此时转向控制部120检测由转向电机135输出的转向电流并对此实施反馈(S300阶段)。
转向控制部120检测转向电流在标准时间内是否达到目标值(基准值)(S400阶段)后，如果转向电流在标准时间内达不到目标值，则对比例增益系数、积分增益系数和微分增益系数分别实施校正(S500阶段)。
如果转向电流在标准时间内达到目标值，则转向控制部120根据现有增益系数实施PID控制以后返回S100阶段。
本发明的所述方法可在计算机可读记录介质上用计算机可读代码实现。计算机可读介质包括可被计算机系统读取的数据被存储的所有种类的记录装置。计算机可读介质包括ROM、RAM、CD-ROM、软盘、磁盘、光数据存储装置等，包括以载波(例如通过互联网传送)形态实现。计算机可读记录介质可以分散在联网的计算机系统，以分散方式存储和运行计算机可读代码。
以上实施例和附图仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所述的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例所述技术方案的范围。本发明的保护范围应根据下述的权利要求范围进行解释，而且在其同等范围内的所有技术方案应都属于本发明的权利要求范围。

Claims (6)

1.一种利用比例-积分-微分控制器控制的高尔夫球车的自动转向装置，其特征在于包括：
包括根据转向控制信号变更转向角的转向电机的转向部；
与所述转向角相应地旋转并检测埋设在球车道路下面的感应线圈而生成检测电压的感应传感器部；
分析所述检测电压而生成可控制所述高尔夫球车的所述转向角的所述转向控制信号以使所述高尔夫球车沿着所述感应线圈行驶的转向控制部；以及
检测由所述转向电机输出的转向电流的电流传感器；
所述转向控制部将与所述检测电压对应的电流作为指令电流接收，并接收反馈的所述转向电流而实施所述比例-积分-微分控制器控制，且变更所述比例-积分-微分控制器控制的增益系数并实施控制。
2.根据权利要求1所述的利用比例-积分-微分控制器控制的高尔夫球车的自动转向装置，其特征在于，
所述转向控制部包括：
包括比例控制部、积分控制部和微分控制部的比例-积分-微分控制器控制部；以及
所述转向电流在标准时间内达不到目标值时对所述比例控制部、所述积分控制部和所述微分控制部的各增益系数实施校正的系数校正部。
3.根据权利要求2所述的利用比例-积分-微分控制器控制的高尔夫球车自动转向装置，其特征在于，
所述系数校正部根据所述转向电流和所述目标值之差，按照预先设置的表决定各所述增益系数。
4.一种利用比例-积分-微分控制器控制的高尔夫球车的自动转向方法，其特征在于，
所述利用比例-积分-微分控制器控制的高尔夫球车的自动转向方法包括：
(a)转向控制部接收由与高尔夫球车的转向角相应地旋转的感应传感器部检测埋设于地下的感应线圈而生成的检测电压的阶段；以及
(b)所述转向控制部分析所述检测电压而生成可控制所述高尔夫球车的转向角的转向控制信号以使所述高尔夫球车沿着所述感应线圈行驶的阶段；
所述(b)阶段包括与所述检测电压对应的电流作为指令电流接收，接收由变更所述转向角的转向电机输出的反馈的转向电流而实施所述比例-积分-微分控制器控制而生成所述转向控制信号，并改变所述比例-积分-微分控制器控制的增益系数并实施控制。
5.根据权利要求4所述的利用比例-积分-微分控制器控制的高尔夫球车的自动转向方法，其特征在于，
所述(b)阶段是，包括所述转向电流在标准时间内达不到目标值时，系数校正部对所述转向控制部的比例控制部、积分控制部和微分控制部的各增益系数实施校正的阶段。
6.根据权利要求5所述的利用比例-积分-微分控制器控制的高尔夫球车的自动转向方法，其特征在于，
包括：
转向电流分析部检测所述转向电流在所述标准时间内是否达到所述目标值的阶段；
所述转向电流在所述标准时间内达不到所述目标值时，所述系数校正部对所述比例控制部、所述积分控制部和所述微分控制部的各所述增益系数强制实施校正的阶段。
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