（最终版）(1) - 图文(6)

第6章 测试方案与测试结果

车模制作与软件开发为车模运行打下了基础，是否运行的稳定和快速需要通过车模精心的调试才能够完成。调试过程同时也可以使得我们加深对于控制算法物理过程深刻理解，提高解决实际工程问题的能力，为寻找更加优化的车模设计方案打下基础。调试过程对于车模制作非常重要。系统调试分为硬件调试和软件调试两个部分。只有按照一定顺序操作才能保证系统真正达到设计要求。

车模调试分为调试准备、静态参数整定、动态参数整定、车模机械调整等各个环节。整个调试中涉及到的参数和部件非常多，而且这些参数之间还有着紧密的相互影响。如果对于其中的物理过程认识不清，有没有正确的调试步骤，那么在调试过程中出现的各种错误现象就会掩盖正确的原因，影响整个调试进程，甚至会动摇制作的信心。 6.1 调试参数

前面给出的算法程序存在很多参数，虽然从理论上可以对这些参数进行优化计算。但是由于受到车模模型精度的影响，计算所得到的参数也只能够作为参考值——调试的起始范围。实际优化参数需要通过一定的工程步骤最终确定，这个过程称为参数整定。

首先确定需要整定的车模控制参数。这些参数包括两类： （1) 传感器参数：

? 陀螺仪比例参数。将陀螺仪采集数值转换成角速度信号，单位是°/秒。

? 陀螺仪零点偏移量。陀螺仪静之时采集量。

? 加速度计Y轴零点偏移量。重力加速度传感器在车模垂直静止时的采集量。 ? 加速度计比例参数。将加速度计采集数值转换成角度信号，单位是度。 ? 加速度计Y轴的最大值与最小值。

（2) 运动控制参数：

? 角度比例控制参数。 ? 角度微分控制参数。 ? 速度比例控制参数。 ? 速度微分控制参数。 ? 电机输出死区参数。

6.2 车模初步调试

6.2.1 检查电源

用6节5号电池串起来，用于单片机，传感器的供电，其输出电压为9V，必须要经过变压，降压到5V。我们要检测5V电压输出是否稳定。并接到主控扳上，单片机能否正常工作。在一些传感器，用的是3.3V电压供电，所以，我们还要检测经过AMS1117-3.3

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芯片后的稳压效果。

对于电机的供电，因为电机正常工作的电压为12V。所以，我们必须要提供一个12V的稳压直流电源。在本设计中，我采取串联4节18650电池。串联后的输出电压大概为15.6V左右，高于12V电压。很容易烧毁电机。所以，必须对15.6V电压进行降压处理。我用7812芯片把15.6V电压降到12V电压。对于稳压后的电压进行检测，看起稳压效果。

6.2.2 角度与角速度的采集

在原理部分3.2.1中，对于角度测量有了一定的了解，现在我们就针对MPU6050传感器做一个具体的数据分析。

根据传感器摆放的位置，我选择了y轴加速度计数据进行角度计算，x轴陀螺仪数据进行角速度计算。单片机通过IIC总线读取MPU-6050传送过来的数据，此时得到的数据为加速度计得到的值为Accel_y，陀螺仪得到的值为Gyro_x，在静止状态下把车放置与平衡位置，待传感器稳定后，采集其中50个数据，此时的值为它的的零点偏移量。角度角速度的零点偏移如表6-1所示，Accel_y的单位为（LSB），Gyro_x的单位为（LSB）

表6-1 角度角速度零点偏移

第一组 n Accel_y Gyro_x n 第二组 Accel_y Gyro_x n 第三组 Accel_y Gyro_x n 第四组 Accel_y Gyro_x n 第五组 Accel_y Gyro_x 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1100 1099 1101 1102 1100 1100 1099 1100 1100 1102 8 8 8 8 8 8 8 7 8 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1101 1100 1098 1100 1100 1103 1097 1100 1100 1100 9 8 8 8 8 8 9 7 8 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1100 1099 1100 1100 1099 1011 1100 1100 1012 1100 8 8 8 8 8 9 7 8 8 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1097 1100 1100 1098 1100 1100 1099 1104 1100 1102 8 8 7 8 8 9 7 8 8 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1101 1103 1100 1100 1097 1100 1098 1100 1100 1099 8 9 8 8 8 9 7 8 8 8 数据处理：

?Accel_y角度零点的平均值： θ=0nnnn ≈1100 (6-1)

角速度的零点平均值：d?=?Gyro_x0nn ≈8 (6-2)

此时得到了角度和角速度的零点偏移值，在章节3.2.1中我是以X轴的变化作为角度的检测，而Y轴则作为角速度的检测，此时角度θ?AX/g，由于传感器的摆放位置

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的不同，在本设计中，以Y轴作为测量角度轴，而X轴则作为角速度采集轴，此时的公式为θ?Ay/g。通过公式（6-3）和（6-4）转换成角度和角速度。

180??Angle_ay=Ay/g??(Accel_y- 1100)/16384*1.2*/g; (6-3) ?3.14??Gyro_x =(Gyro_x-8) /16.4 (6-4)

公式（6-3）中Accel_y为MPU6050传感器加速度计传过来的数据，1100为加速度

计的零点偏移值，加速度计我选2g的范围，通过查MPU-6050传感器数据手册可知，它的换算关系是16384 LSB/g，180/3.14为了把弧度转换成度，此时得到的值不是它真正的角度值，需适当的放大1.2倍，近似的得到它的角度值。公式（6-3）中Gyro_x为MPU6050传感器陀螺仪传过来的数据，8为陀螺仪的零点偏移值，陀螺仪我选得范围为2000deg/s，通过查MPU-6050传感器数据手册可知，它的换算关系为16.4 LSB/(o/s)。此时的

Angle_ay的范围是(-90,90),平衡位置为0度。Gyro_x的值，在静止时为0，摆动时不为0，方向与角度的微分方向相一致，符合要求。

6.2.3 单片机PWM的输出测试

在单片机软件可以进行开发下载基础之上，编写单片机PWM输出控制程序。通过控制电机转速，验证驱动电路的正确性。确定两个电极输出电压的极性。保证输出PWM正电压时，电机带动车模前行；PWM输出负电压时，车模后行。

6.2.4 光码盘脉冲的测量与速度的计算

一般转速的稳态测量可以通过测频法（即“M”法）和测周法（即“T”法）来实现[7]

。测频法是指将转速传感器取来的信号送入频率计数器, 在给定的标准时间间隔内读出脉冲数, 然后计算出转速值。由于其误差来源主要是多记一个脉冲或少记一个脉冲 (不考虑晶振误差 ), 在低转速情况下这种计数带来的误差对转速测量的结果影响很大, 所以测频法更适用于高转速测量。而用测周法测量情况正好相反。测周法就是将转速传感器取来的脉冲信号作为闸门信号, 测量脉冲信号的周期, 由于晶体振荡器提供的时钟信号相当准确, 所以计时带来的误差很小,其公式如下:

n =1/T*60 (6-5)

式(6-6)中: n为转速,r/min；T为周期,s。可以看出转速越低周期越长,通过测量脉冲间隔时间就能得出转速值。又由于使用的晶振稳定性小于10, 保证了计时的准确度和稳定性, 以及转速结果的可靠性。这部分功能在测得时间值后运用测周法公式即可实现。

测量瞬态转速就是对旋转体转速变化过程的描述, 也就是反映旋转体不同时刻的转速值[8]。采样时间越短转速测量仪描述转速变化的过程越清晰, 显示转速变化过程的曲线也越光滑。为了更好地测量瞬态红外光电传感器利用高灵敏度的光电探测器作为检测元件, 包括光学成像系统及前置放大电路两部分。

从测速设备的工作性质考虑，本设计使用测周法，即“T”法。

通过单位时间内进行脉冲计数观察电机转动时运行情况，确定电机的幅度和频率。

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?6编写脉冲采集程序并进行显示。电 …… 此处隐藏：4227字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……