第三届全国大学生智能汽车竞赛技术报告
6.2 赛车控制策略
6.2.1 路径信息采集处理方法
由于我们使用的是记忆算法，因此路况信息的采集对赛车的速度就显的额外的重要。我们主要在第一圈完成路况的采集，用于第二圈的加速。
在第一圈，我们组采用1.4m/s的匀速跑完全程，将赛道的长度记为脉冲数。同时记录相应的转角值，并经过数字滤波处理。数字滤波使用的是图像形态学滤波器。
经过反复测验我们已经能够方便地从初圈记录下的曲线图中判断出赛道的特征,这样,第二圈就可根据此信息进行相应的最优决策。 6.2.2 舵机转向控制算法
第一圈的舵机转向使用PD控制，由于P 环节与转向的准确性和快速性相关， D 环节与转向的快速型相关。我们只采用了PD控制就满足了要求。通过不断改变P、D 参数进行实验，得到最理想的转向响应速度的一组参数。我们选择合适的参数，可以使得在高速时车保持很高的稳定性，从而大大消除由于传感器带来的误差。
第二圈的角度控制主要利用了第一圈所记忆的路况信息，包括入弯点，各弯道的半径，长度以及转向等信息；在初圈记忆后,赛车跑第二圈时可以直接得出下个弯道是左拐还是右拐。这样赛车就可以按比规定更小的曲率半径通过赛道,从而减少了经过路径,也节约了时间。由于记录了赛道信息，可以方便小车在入弯时提前减速，出弯是提前加速。 6.2.3 速度控制算法
第一圈只给小车以匀速运行，而第二圈根据第一圈记录的数据信息，对第二圈的各个道路点进行分段处理。由于车本身的某些局限性,如舵机响应时间、赛道摩擦系数、轮胎抓地力、传感器布局等因素的影响,对于某种特定弯道,车是有它所谓的极限速度存在。如果我们利用初圈得到弯道的信息,在过各弯道时将车速调至它相应的极限速度,那么理论上这就是它所能跑出的最优成绩了。对于直道,特别是长直道,更能发挥赛道记忆算法的优势。例如,在初圈记忆后得到某段直道为1600个脉冲点长,那么在决策中就可在前1500个脉冲时启动电机用最大占空比加速,超过1500脉冲时直接减速,将速度调在下一个弯道的极限速度进行过弯。由于事先已经知道直道的长度,因此调速策略更能有的放矢。
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第6章 控制算法及软件实现
6.3 起跑线识别
起始线就是比赛的开始线，当车模第一次经过时开始计时，第三次经过时比赛完成。车模跑完两圈后，应该停下来。
起跑线与十字口的区别就是两边的黑线并没有同中间的黑线完全连接，而是有一段距离，识别起跑线的任务就是要识别这一段空白，使之与十指交叉线区分开来。要检测中间的空隙就要合理排布红外收发管的间距，让车模通过起始线时能够出现黑线之间夹杂着白隙。而且绝对不会出现全部红外收发管都检测到黑线。
如果正向通过起跑线，两侧有能检测到黑线而中间能检测到白线。因为赛道中间的黑线宽25mm，而且我们使用红外线连续性检测赛道中心线的偏差，因此我们取两管间距为25mm。
如果倾斜经过起跑线，有一边的边上的光电管会先检测到黑线其余的都为白线，这样会控制舵机向那边偏转，从而会检测出起跑线。部分程序如下：if(StartNum>=3){
for(i=PreS;i>=0;i--){
if(ADData[1][i]>Thr[i]) for(j=i;j>=0;j--){
if(ADData[1][j] if(ADData[1][k]>Thr[k]){ for(r=k;r<7;r++){ if(ADData[1][r] 6.4 数学形态学理论概述 为叙述方便, 先把腐蚀和膨胀运算的理论算法概述如下: 设用ζ表示二维离散的欧几里德空间, 图像A 是ζ 的一个子集, 结构元素B 也是ζ的一个子集, b∈ζ是欧氏空间的一个点, 定义如下两个概念。 定义1：Ab 定义为图像A 被b 平移后的结果表示为: - 21 - 第三届全国大学生智能汽车竞赛技术报告 Ab={a+b|a?A} (5) Ab 中所有元素是A 中的对应元素平移到以b 为原点的坐标系内的结果。 定义2：A 定义为图像A 对于图像原点的反射结果, 表示为: ___ ___ A={-a|a?A} (6) 根据上述定义1 和2, 可以定义数学形态学中的两个基本运算: 腐蚀和膨胀。 定义3 ：腐蚀运算定义为: A?B={x|b+x?A, b?B}, (7) 定义4 ：膨胀运算定义为: A?B={a+b|a?A, b?B}?Ab。 (8) 由式(1)和式(2)可以引出形态学开运算、闭运算的定义： A?B?A?B?B (9) A?B?A?B?B (10) 式中?为开运算；?为闭运算； 形态学的开闭运算可理解为基本的滚球变换，“球”的形状由结构元素决定。其轨迹是光滑的，开运算使目标轮廓光滑，去掉毛刺和孤立点，锐化了角，以抑制数据中的峰值噪声；闭运算则填平了小沟，弥合了空洞和裂缝，以滤除信号中的低估噪声。 利用开运算和闭运算的特殊性质，可以组合一定功能的滤波器，Maragos采用开闭运算的不同级联方式构造了形态开-闭(Open-Closing)和形态闭-开(Closing-Open)滤波器。分别定义如下： CO?A?B?B (11) CO?A?B?B (12) 用互补的形态算子OC和CO通过它们的平均值，可以构造线性组合滤波器。其定义为： y?1(OC?CO) (13) 2 根据形态学原理我们编写了组合滤波器的相关程序。并进行了调试，图6.2中红色曲线为原始数据，蓝色曲线为处理后的数据。从图可以看出，数字组合滤波器在过滤尖峰毛刺方面有相当强，但是在上下降沿处理方面有所欠缺，所以我们对数据进行了二次滤波。 - 22 - 第6章 控制算法及软件实现 图6.2 OC-CO组合数组滤波器效果图 - 23 -