双磁条线跟踪控制

news2025/4/1 10:29:12

1问题 

同学反馈小车跟随磁力线,双轮差速小车,左右侧各有2个磁条传感器和各1条磁条线,需要控制小车跟随磁条线轨迹。

2 方法

(1)普通小车可能没有速度反馈,则不考虑转弯半径,仅考虑一个控制关系。

(2)左右轮子的车速转变需要调整,因为两个电机相对安装,直线、转向的转向是不同的。

根据上述问题,查kimi 给出算法

结合补充信息(小车左右两侧各有两个磁条传感器,磁条线在两个传感器中间时直线行驶),以下是修正后的控制算法:

控制算法

  1. 传感器信号处理

    • 每个磁条传感器输出的信号强度与磁条距离成反比。

    • 左侧两个传感器分别为 left_sensor1left_sensor2,右侧两个传感器分别为 right_sensor1right_sensor2

    • 对每个传感器的信号进行滤波和校准,确保信号的稳定性和准确性。

  2. 偏差计算

    • 计算左侧两个传感器的平均信号强度:

      plaintext复制

      left_avg = (left_sensor1 + left_sensor2) / 2
    • 计算右侧两个传感器的平均信号强度:

      plaintext复制

      right_avg = (right_sensor1 + right_sensor2) / 2
    • 根据左右侧的平均信号强度,计算偏差值 error

      plaintext复制

      error = (left_avg - right_avg) / (left_avg + right_avg)
      • error 的范围为 [-1, 1],表示小车偏离磁条线的程度:

        • error = 0:磁条线在两个传感器中间,小车直线行驶。

        • error > 0:小车向右偏离磁条线。

        • error < 0:小车向左偏离磁条线。

  3. PID控制

    • 使用PID控制器对偏差进行处理,生成控制信号:

      plaintext复制

      control_signal = Kp * error + Ki * integral_error + Kd * derivative_error
      • Kp:比例系数,直接影响对偏差的响应速度。

      • Ki:积分系数,用于消除稳态误差。

      • Kd:微分系数,用于抑制偏差变化率,减少振荡。

  4. 速度调节

    • 根据控制信号,调整左右轮的速度:

      plaintext复制

      left_speed = base_speed + control_signal
      right_speed = base_speed - control_signal
      • base_speed:小车的基础速度。

      • control_signal:PID控制器的输出值,用于调整速度差。

  5. 特殊情况处理

    • 如果所有传感器的信号强度都低于某个阈值(例如,未检测到磁条线),小车应降低速度并进行搜索:

      plaintext复制

      if (left_avg < threshold && right_avg < threshold):
          left_speed = search_speed
          right_speed = search_speed
  6. 闭环控制

    • 实时采集传感器信号,计算偏差,更新控制信号,并调整车轮速度,形成闭环控制。

实现步骤

  1. 初始化

    • 设置传感器和电机驱动。

    • 对每个传感器进行校准,确定其阈值。

    • 初始化PID控制器参数(Kp, Ki, Kd)。

  2. 主循环

    • 采集左右两侧传感器的信号强度。

    • 计算左右侧的平均信号强度。

    • 计算偏差值 error

    • 使用PID控制器计算控制信号。

    • 调整左右轮速度。

    • 重复上述步骤,实现实时跟踪。

// 初始化
calibrate_sensors()
set_pid_parameters(Kp, Ki, Kd)
base_speed = 100  // 基础速度
threshold = 10    // 信号强度阈值
search_speed = 50 // 搜索结果速度

// 主循环
while True:
    // 采集传感器信号
    left_sensor1 = read_sensor("left1")
    left_sensor2 = read_sensor("left2")
    right_sensor1 = read_sensor("right1")
    right_sensor2 = read_sensor("right2")

    // 计算平均信号强度
    left_avg = (left_sensor1 + left_sensor2) / 2
    right_avg = (right_sensor1 + right_sensor2) / 2

    // 判断是否检测到磁条线
    if left_avg < threshold && right_avg < threshold:
        // 未检测到磁条线,进行搜索
        left_speed = search_speed
        right_speed = search_speed
    else:
        // 计算偏差
        error = (left_avg - right_avg) / (left_avg + right_avg)

        // PID控制
        control_signal = pid_control(error)

        // 调整速度
        left_speed = base_speed + control_signal
        right_speed = base_speed - control_signal

    // 设置车轮速度
    set_motor_speed("left", left_speed)
    set_motor_speed("right", right_speed)

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