第十八届独轮车饱和的个人见解

博主在调试独轮车模时,遇到走直线左偏或右偏、动量轮差速增加至饱和的问题。经排查发现问题出在轮子,通过增加胎压、填充海绵等方法制作新轮胎,缓解了问题。但省赛时因轮胎磨损,车模无法拐弯后回正,博主分享了经验并附视频链接。

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在调试过程中,我的车模出现一个难以解决的问题:走直线的话,也就是关闭任何差速的程序,在直立的前提下,使车模走直线,结果是,车模会出现左偏或者右偏的问题。导致我的车模在走直线的过程中,动量轮再慢慢的增加差速,最后达到饱和的状态,所以车模根本无法跑完全程。后来我发现车模在拐弯的时候会使这个差速增加的现象缓解。我后来想了想整个控制框图:

先模拟一下走直线动量轮差速增加的情况:车模直走(摄像头作为负反馈,可以使车身摆正),然而差速环是一 正反馈,他输出的结果作用在角度环上。正常情况是走直线,然后车速为零,显然不符合这个框图,明显该系统一直在补偿一个输入,然后正反馈输出在电机上,导致动量轮一直递增差速。经过我的排查之后发现问题出现在了轮子,我换个轮子之后发现该现象有所缓和,但是还有微微的递增趋势。

 

 

我研究了一下得出一下结论:该车模的行进轮的接触面不可看作质点,他的接触点受材质的限制会和地面不垂直,会出现以上的现象。然后我去做了一个轮子,也就是让轮胎的胎压增加,使接触面受到内胆的挤压,使胎皮于地面呈一个平面。

制作轮子的过程是:找到一个硬质海绵填充物,然后将填充物均匀的塞进轮毂和胎皮之间,至于这个均匀本人没有完全参悟,凭运气吧,填充完之后用轮胎胶封住胎皮与轮毂的接缝处。最后风干。再制作完之后,装配,车模的两个侧板和轮子之间的连接最好要固定,我发现这个也会影响车模的循迹效果。本人是用了两个长螺丝进行固定。

最后我的车模完全解决了我之前的问题,然后有同学说饱和问题,布丁也说过:饱和是因为差速转向的问题,由于的pid的存在,导致差速不能无限制的存在。我的这个方案经过了好几个组的验证,确实可行,当然也有失败的组别,我后来想再复刻一个完美轮胎,但是就是不知道为什么做不出来,也导致了省赛没办法完赛,我未完赛的原因也很简单,我轮胎跑时间长了之后胎皮被磨损,不能做到着力点竖直向上,导致会有一点干扰,然后再经过pid的修正致使我的车模没办法在拐弯后回正,也就是我的角度环在车身偏了之后会去修正,但是有干扰和差速环的存在会只是我的差速环形成一个智能车稳定的输出与我摄像头获取的偏差平衡。达到了一个稳态,也导致我十字没法拐过去,省赛止步于此,当然这纯属我的个人结论,也可能有不对的地方,也可能我没有真正掌握解决饱和的办法,如果我说的有不对的地方还请指正。声明:我是个菜鸡,方案不能保证完全解决该问题,也有风险,谨慎使用。我也希望主办方可以考虑一下对车模进行一下更改,使这个轮胎变成硬质的实心轮胎。对了,有人可能会说,现实中也有公司出售独轮车啊,人家的为啥不会出现这个问题呢?我认为他的独轮车是大轮胎(绝对的,因为是给人使用的),着力点完全可以看为质点,也就不会出现这个问题。

最后,我的车模在更换轮胎后的效果在B站上可以找到,下附链接:【0饱和独轮车】 https://www.bilibili.com/video/BV1QN411U7bz/?share_source=copy_web&vd_source=f89ffd06c4d8a4fb4544ae81d0fe980e

<think>嗯,用户问的是第二十届智能车竞赛中的独信标独轮车饱和控制。首先,我需要确认这个竞赛的具体情况,比如主办方、比赛内容等。智能车竞赛通常指的是全国大学生智能汽车竞赛,由教育部主办,可能涉及不同的组别,比如独轮车组。第二十届应该是在2023年左右举办的。 然后,用户提到的“抗饱和控制”可能指的是控制算法中的一种技术,用于防止执行器(比如电机)进入饱和状态,导致控制失效。在独轮车这种平衡控制系统中,电机或舵机的输出可能会因为过大的控制信号而饱和,无法响应进一步的调整,这时候就需要抗饱和控制策略,例如积分抗饱和(Anti-Windup)技术。 接下来,我需要解释独信标组的比赛任务。可能是在赛场上放置多个信标,独轮车需要快速识别并触发这些信标,同时保持自身平衡。这种情况下,控制系统的响应速度和稳定性至关重要,抗饱和控制能确保电机在高速移动中不会因过载而失去控制。 可能需要进一步说明抗饱和控制的具体方法,比如在PID控制器中,当积分项累积过大时,采取措施限制积分项的增长,或者使用条件积分等方法。此外,可能还需要结合传感器数据,如陀螺仪和编码器,实时调整控制输出,避免饱和。 还要考虑用户可能的背景,可能是参赛的学生或研究人员,需要技术细节但也要易懂。因此,回答要兼顾专业性和通俗性,避免过于复杂的数学公式,但提到关键概念如PID、Anti-Windup、执行器饱和等。 最后,检查是否有遗漏的信息,比如比赛的具体规则是否有变化,抗饱和控制在该届比赛中的实际应用案例,或者是否有其他相关技术(如模糊控制、模型预测控制)被采用。如果有参考资料或往届的技术报告,可以建议用户查阅,但不确定的情况下可能需要避免具体引用。 总结,回答的结构应包括竞赛背景、独轮车任务、抗饱和控制的作用、常见方法,以及实际应用中的挑战和解决方案。确保信息准确,条理清晰,帮助用户理解该技术的应用场景和重要性。</think>第二十届全国大学生智能汽车竞赛中的**“独信标组”**是比赛中的一个创新组别,要求参赛队伍设计一种基于独结构的智能车,在特定赛道上完成信标识别、路径跟踪和动态平衡控制等任务。其中**“抗饱和控制”**是独轮车控制系统的核心挑战之一,以下是相关背景和技术要点: --- ### **1. 独轮车组的任务特点** - **独结构**:仅依靠单个子驱动并保持动态平衡(类似“独轮车”或“自平衡机器人”),需同时解决**运动控制**和**姿态稳定**问题。 - **信标触发**:赛道中随机点亮多个信标灯,车辆需快速识别并移动到信标位置触发响应(类似“打地鼠”模式),对控制系统的动态响应速度要求极高。 - **抗干扰需求**:快速启停、急转弯等动作易导致电机、传感器或控制器输出饱和,进而引发失控。 --- ### **2. 什么是“抗饱和控制”?** 在控制系统中,**“饱和”**指执行器(如电机、舵机)的输出达到物理极限(如最大转速/扭矩),无法继续响应控制指令。此时,若控制器持续计算超出实际能力的指令,会导致: - **积分饱和(Integral Windup)**:PID控制器中积分项累积过大,恢复时产生超调或振荡。 - **响应延迟**:系统因饱和进入非线性状态,控制性能急剧下降。 **抗饱和控制(Anti-Windup Control)**即通过算法设计,避免控制器输出超出执行器物理限制,或在饱和后快速恢复稳定。 --- ### **3. 独轮车中的抗饱和技术应用** 在独轮车组中,抗饱和控制主要用于以下场景: - **电机驱动饱和**:独轮车加速/刹车时,电机扭矩可能达到极限,需动态调节PID参数或引入限幅机制。 - **姿态平衡饱和**:陀螺仪/加速度计数据波动大时,控制器可能输出剧烈摆动指令,需通过滤波和输出约束维持稳定。 - **信标触发响应**:快速移动中频繁启停可能导致控制指令突变,需平滑过渡或预测路径。 **常用方法**: - **积分分离(Conditional Integration)**:仅在误差较小时启用积分项,避免大误差时积分累积。 - **反馈补偿(Clamping)**:检测到执行器饱和时,冻结积分项或反向修正。 - **模型预测控制(MPC)**:预测未来状态并提前约束输出,避免饱和。 --- ### **4. 实际比赛中的挑战** - **动态环境**:信标位置随机,独轮车需快速调整方向,控制指令易突变。 - **算力限制**:车载微控制器(如STM32)需在有限资源下实现复杂控制算法。 - **传感器噪声**:低成本IMU(惯性测量单元)数据存在噪声,需融合滤波算法(如卡尔曼滤波)降低干扰。 --- ### **5. 总结** 在第二十届智能车竞赛的独信标组中,抗饱和控制是确保车辆稳定性和响应速度的关键技术。参赛队伍通常需要结合**动力学建模、PID优化、传感器融合**等方法,设计轻量化且鲁棒的控制系统,以适应高速、高动态的比赛环境。如需更具体的实现细节,可参考该届竞赛的技术报告或开源代码(部分高校会公开方案)。
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