CN113771938B - 一种用于车辆的蓝牙手动控制电机的自调整方法 - Google Patents

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    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor

Abstract

本发明涉及一种用于车辆的蓝牙手动控制电机的自调整方法，S1、采用姿态角度传感器测量车身角度；S2、采用双闭环控制来调整车身角度，通过速度、角度位置实现控制；S21、先确定电机全速运行时编码器输出的脉冲数量，并将该数据作为期望值的最大限制数据；S22、在第一个测量周期内测得实际数据；S23、计算得到实际数据与期望值的当前误差值E、上一次误差值E1、上上次误差值E2；S24、计算得到速度闭环输出值XOUT‑υ、角度位置闭环输出值XOUT‑φ；S25、确定麦轮底盘各种运动方式，将输出值进行相应的逻辑加减融合；S3、将融合值作为最终的速度赋值给驱动系统。本发明达到的有益效果是：自动纠正偏差、精确度高。

Description

一种用于车辆的蓝牙手动控制电机的自调整方法
技术领域
本发明涉及车辆方向调整技术领域，特别是一种用于车辆的蓝牙手动控制电机的自调整方法。
背景技术
车辆在行驶过程中，通常是人为转向的。对于一些智能汽车，根据汽车自身速度、汽车与周围汽车之间的距离等环境信息，通过设定的控制逻辑实现汽车的自动换道动作。
即普通的车辆在变换驱动姿态时，主要根据汽车情况、道路走向情况变化姿态，而且调整姿态时随意性很大，不够精确。
为此，本方案设计一种通过蓝牙手动控制电机的自动调整方法，虽然是手动调整，但是具体的动作还是依靠车辆自身情况自行判断，然后再进行微调，从而提高精度。
本方案中，主要用于搬运车上，但也适用于普通车辆。搬运车与普通车辆不同的是，速度不是特别快，但是运行轨迹要精确，否则容易触碰其他物体，因此自身的精确控制非常重要。当人为停放或者装载货物的位置出现误差时，或者在运行中出现位置偏差时，能自动进行纠正调整。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种能自动纠正偏差、精确度高的用于车辆的蓝牙手动控制电机的自调整方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种用于车辆的蓝牙手动控制电机的自调整方法：
S1、采用姿态角度传感器测量车身角度，然后再进行调整；
S2、调整车身角度时，通过双闭环控制来实现，即通过速度、角度位置实现控制；
S21、先确定电机全速运行时编码器输出的脉冲数量，并将该数据作为期望值的最大限制数据，该期望值包括期望速度值、期望角度位置值；
S22、在第一个测量周期内测得实际数据，实际数据包括实际速度数据、实际角度位置数据；
S23、计算得到实际数据与期望值的当前误差值E，实际数据与期望值的上一次误差值E1，实际数据与期望值的上上次误差值E2；
S24、计算得到闭环输出值XOUT，
公式（1），
其中，Kp、Ti、Td分别为比例系数、积分系数、微分系数；
将实际速度数据、期望速度值带入本公式中，得到的是速度闭环输出值XOUT-υ；
将实际角度位置数据、期望角度位置值带入本公式中，得到角度位置闭环输出值XOUT-φ；
S25、确定麦轮底盘各种运动方式，并将速度闭环输出值XOUT-υ和角度位置闭环输出值XOUT-φ进行相应的逻辑加减融合；
即对每一个麦克纳姆轮进行单独的一套逻辑加减融合算法：现约定，从俯视方向看，左前、左后、右后、右前四个麦轮的编号分别为M1、M2、M3、M4；
基本的运动方式分为十种分别为，左平移，右边平移，前进，后退，左前平移，右前平移，左后平移，右后平移，逆时针旋转，顺时针旋转；
只在左右平移和前进后退四个运动状态下加入了角度，并通过逻辑加减融合表格进行修正；
S3、将步骤S25中的融合值作为最终的速度赋值给驱动系统，该值是XOUT-υ和XOUT-φ进行逻辑加减融合过后的一个标量，驱动系统就会使四个独立的麦轮达到理想的运动状态。
进一步地，所述的四个独立的麦轮通过单独的PMSM电机来驱动；驱动系统同时控制四个独立的PMSM电机来实现车辆的自调整。
进一步地，所述的驱动系统驱动时，环境信息、速度信息结合后形成运动信息，通过运动信息调整四个麦轮的运动状态；速度信息由于步骤S1~步骤S25确定；环境信息为实际拍摄图片与图片库比较得到的差异信息。
进一步地，所述的车身角度调整时，通过蓝牙手动控制，蓝牙手动控制时传输的数据包括包头数据、连续的数据字节、结束校验位；其中，包头数据用于识别蓝牙数据；连续的数据字节包括速度信息、环境信息、运动信息；技术校验位用于检验数据包中的错误。
进一步地，所述的步骤S1中，采用九轴姿态角度传感器来测量车身角度，测量计算如下：
针对工厂的具体复杂环境，引入横滚角修订变量、俯仰角修订变量/>、偏航角修订变量/>和重力加速度修订系数Kg，前三个变量在系统调试的时候由蓝牙控制模块发送给控制系统，这三个变量的关系为：
、/>、/>；
假设重力加速度G为1g，重力加速度G在b系载体坐标系上的三轴加速度分量分别ax、ay、az，
公式（2）；
在导航坐标系下，重力加速度完全与导航坐标系下的Zn轴重合，而Xn与Yn轴的分量为0，将导航坐标系转化到载体坐标系上时，转换关系用欧拉角所表示的方向余弦矩阵，具体关系为，
公式（3），
公式（4），
公式（5），
由这三个公式，再代入相应的修订变量，计算得到
车身姿态的俯仰角 公式（6），
车身姿态的横滚角 公式（7）；
又因为磁地理坐标系与b系载体坐标系重合时，磁力计的输出为，其中Mn表示地理坐标系磁场，Md表示磁地理坐标系下磁偏角；
而在b系载体坐标系下磁力计的输出为，其中Mx b表示b坐标系下的地磁场北向分量，My b 表示磁场东向分量，Mz b表示磁场垂直分量，因为/>将公式（6）、公式（7）带入到方向余弦阵列中可以得到：
，
最后经过计算并代入修订变量可以得到，车身姿态的偏导角：
。
进一步地，所述的环境信息为实际拍摄图片与图片库比较得到的差异信息；
比较时，图像可以看成一个矩阵，矩阵中的元素是一个颜色值，这个值由RGB三个参数构成，将图片进行二值化处理后得到只有数字1和0组成的矩阵，利用投影对比法进行图片相似度的计算具体方法如下：
统计图片行列的黑色点个数得到一组向量（x，y），将此向量与目标图片的向量（x0，y0）进行比较，求两组向量的距离得出相似度，为了的不丢失图像的特征采用分块对比法即将图像分成n块，再分别对每一块进行匹配计算相似度得到相似度向量，然后计算向量距离得到相似度；
其中，向量距离的计算采用欧几里得距离算法的公式为，xi表示第i点的横坐标，yi表示第i点的纵坐标。
进一步地，所述的驱动系统通过正弦波驱动的方式驱动PMSM电机。
本发明具有以下优点：将实际数据与期望数据进行比较，从而不断矫正速度的输出值、角度位置的输出值，从而起到纠正最终的速度（包括数值大小和方向）的作用，从而实现自动纠正偏差的作用，提高运行精度。
附图说明
图1 为环境信息中图像对比的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种用于车辆的蓝牙手动控制电机的自调整方法，调整步骤为：
S1、采用姿态角度传感器测量车身角度，然后再进行调整；
S2、调整车身角度时，通过双闭环控制来实现，即通过速度、角度位置实现控制；
S21、先确定电机全速运行时编码器输出的脉冲数量，并将该数据作为期望值的最大限制数据，该期望值包括期望速度值、期望角度位置值；
S22、在第一个测量周期内测得实际数据，实际数据包括实际速度数据、实际角度位置数据；
S23、计算得到实际数据与期望值的当前误差值E，实际数据与期望值的上一次误差值E1，实际数据与期望值的上上次误差值E2；
S24、计算得到闭环输出值XOUT，
公式（1），
其中，Kp、Ti、Td分别为比例系数、积分系数、微分系数；
将实际速度数据、期望速度值带入本公式中，得到的是速度闭环输出值XOUT-υ；
将实际角度位置数据、期望角度位置值带入本公式中，得到角度位置闭环输出值XOUT-φ；
S25、确定麦轮底盘各种运动方式，并将速度闭环输出值XOUT-υ和角度位置闭环输出值XOUT-φ进行相应的逻辑加减融合；
每一个麦克纳姆轮都有单独的一套逻辑加减融合算法，具体如下：
现约定，从俯视方向看，左前、左后、右后、右前四个麦轮的编号分别为M1、M2、M3、M4；
基本的运动方式分为十种分别为，左平移，右边平移，前进，后退，左前平移，右前平移，左后平移，右后平移，逆时针旋转，顺时针旋转；
为了能够使程序有更高效，更简洁的执行方式，只在左右平移和前进后退四个运动状态下加入了角度修正，具体见下逻辑加减融合表格（如表1），即在不同的运动状态下，每一个麦克纳姆轮在同一时刻应符合下表的加减逻辑。
表1 逻辑加减融合表格
S3、将步骤S25中的融合值作为最终的速度赋值给驱动系统，该值是XOUT-υ和XOUT-φ进行逻辑加减融合过后的一个标量，驱动系统就会使四个独立的麦轮达到理想的运动状态。
步骤S1~步骤S25主要确定速度信息。在步骤S3中，驱动系统驱动时，环境信息、速度信息结合后形成运动信息，通过运动信息调整四个麦轮的运动状态。环境信息为实际拍摄图片与图片库比较得到的差异信息。
具体地，在获知环境信息时，图像可以看成一个矩阵，矩阵中的元素是一个颜色值，这个值由RGB三个参数构成，将图片进行二值化处理后得到只有数字1和0组成的矩阵。
实际拍摄图片与图片库比较时，利用投影对比法进行图片相似度的计算，具体方法如下：统计图片行列的黑色点个数得到一组向量（x，y），将此向量与目标图片的向量（x0，y0）进行比较，求两组向量的距离得出相似度，为了的不丢失图像的特征采用分块对比法即将图像分成n块，再分别对每一块进行匹配计算相似度得到相似度向量，然后计算向量距离得到相似度。
向量距离的计算，采用欧几里得距离算法，公式为，xi表示第i点的横坐标，yi表示第i点的纵坐标。
本方案中，在步骤S1中，采用九轴姿态角度传感器来测量车身角度，测量计算如下：
在工厂环境下，针对具体的复杂环境，引入横滚角修订变量、俯仰角修订变量/>、偏航角修订变量/>和重力加速度修订系数Kg，前三个变量在系统调试的时候由蓝牙控制模块发送给控制系统，这三个变量的关系为：
、/>、/>；
假设重力加速度G为1g，重力加速度G在b系载体坐标系上的三轴加速度分量分别ax、ay、az，
公式（2）；
在导航坐标系下，重力加速度完全与导航坐标系下的Zn轴重合，而Xn与Yn轴的分量为0，将导航坐标系转化到载体坐标系上时，转换关系用欧拉角所表示的方向余弦矩阵，具体关系为，
公式（3），
公式（4），
公式（5），
由这三个公式，再代入相应的修订变量，计算得到
车身姿态的俯仰角 公式（6），
车身姿态的横滚角 公式（7）；
又因为磁地理坐标系与b系载体坐标系重合时，磁力计的输出为，，其中Mn表示地理坐标系磁场，Md表示磁地理坐标系下磁偏角；
而在b系载体坐标系下磁力计的输出为，其中Mx b表示b坐标系下的地磁场北向分量，My b 表示磁场东向分量，Mz b表示磁场垂直分量，因为/>将公式（5）、公式（6）带入到方向余弦阵列中可以得到：
，
最后经过计算并代入修订变量可以得到，车身姿态的偏导角：
(。)
需要说明的是，本方案采用四个独立的正弦波驱动的PMSM电机作为驱动系统的动力源，四个电机驱动四个麦轮。并且这四个PMSN电机分别通过四个大功率驱动器控制，驱动器通过CAN总线连接到搬运车的主控板上。
控制时，采用AD2S1205旋变解码芯片将旋变输出的正余弦调制信号转化为数字信号，通过SPI通讯接口输出给驱动器。驱动器内部根据接收到的解码信号，控制大功率三相桥臂的开关状态，实现正弦波驱动。
对于对于PMSM电机来说，要实现正弦波驱动，就要通过电机的三相绕组来合成一个大小恒定的旋转电压矢量。在电机结构上，三个绕组相差120°，那在三个绕组上施加互差120°且电压随时间按正弦规律变化的分矢量电压就可以合成目标电压矢量。
在进行车身角度调整时，通过蓝牙手动控制，蓝牙手动控制时传输的数据包括包头数据、连续的数据字节、结束校验位；其中，包头数据用于识别蓝牙数据；连续的数据字节包括速度信息、环境信息、运动信息；技术校验位用于检验数据包中的错误。

Claims (4)

1.一种用于车辆的蓝牙手动控制电机的自调整方法，其特征在于：
S1、采用姿态角度传感器测量车身角度，然后再进行调整；
S2、调整车身角度时，通过双闭环控制来实现，即通过速度、角度位置实现控制；
S21、先确定电机全速运行时编码器输出的脉冲数量，并将该数据作为期望值的最大限制数据，该期望值包括期望速度值、期望角度位置值；
S22、在第一个测量周期内测得实际数据，实际数据包括实际速度数据、实际角度位置数据；
S23、计算得到实际数据与期望值的当前误差值E，实际数据与期望值的上一次误差值E1，实际数据与期望值的上上次误差值E2；
S24、计算得到闭环输出值XOUT，
XOUT＝(Kp+Ti+Td)×E2-(Kp+2Td)×E1+Td×E 公式(1)，
其中，Kp、Ti、Td分别为比例系数、积分系数、微分系数；
将实际速度数据、期望速度值带入本公式中，得到的是速度闭环输出值XOUT-υ；
将实际角度位置数据、期望角度位置值带入本公式中，得到角度位置闭环输出值XOUT-φ；
S25、确定麦轮底盘各种运动方式，并将速度闭环输出值XOUT-υ和角度位置闭环输出值XOUT-φ进行相应的逻辑加减融合；
S3、将步骤S25中的融合值作为最终的速度赋值给驱动系统，该值是XOUT-υ和XOUT-φ进行逻辑加减融合过后的一个标量，驱动系统就会使四个独立的麦轮达到理想的运动状态。
2.根据权利要求1所述的一种用于车辆的蓝牙手动控制电机的自调整方法，其特征在于：所述的四个独立的麦轮通过单独的PMSM电机来驱动；
所述的驱动系统同时控制四个独立的PMSM电机来实现车辆的自调整。
3.根据权利要求2所述的一种用于车辆的蓝牙手动控制电机的自调整方法，其特征在于：所述的驱动系统驱动时，环境信息、速度信息结合后形成运动信息，通过运动信息调整四个麦轮的运动状态；
所述的速度信息由于步骤S1～步骤S25确定；
所述的环境信息为实际拍摄图片与图片库比较得到的差异信息。
4.根据权利要求3所述的一种用于车辆的蓝牙手动控制电机的自调整方法，其特征在于：所述的车身角度调整时，通过蓝牙手动控制，蓝牙手动控制时传输的数据包括包头数据、连续的数据字节、结束校验位；
其中，包头数据用于识别蓝牙数据；连续的数据字节包括速度信息、环境信息、运动信息；
技术校验位用于检验数据包中的错误。
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