簡(jiǎn) 介： ?你沒(méi)有想到吧，在第十六屆全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽單車?yán)M獲得單車比賽全國(guó)冠軍的隊(duì)伍的單車控制算法居然是PID參數(shù)調(diào)整不當(dāng)造成的振蕩現(xiàn)象！沒(méi)錯(cuò)，出乎所有人的意料。下面讓我們看看來(lái)自上海海事大學(xué)單車組隊(duì)員的分享。關(guān)鍵詞智能車競(jìng)賽 ，單車?yán)?/strong>，騎摩托 的蒙娜麗莎 01 花 式慢跑??
在 推文
騎摩托的蒙娜麗莎 [1] 展示了 上海海事大學(xué) 參加第
十六屆全國(guó)大學(xué)生智能車 [2] 單車?yán)M全國(guó)總決賽的 “
騎摩托的蒙娜麗莎 ”隊(duì)伍比賽成績(jī)以及比賽過(guò)程。很多隊(duì)伍對(duì)于他們單車在慢車道上曼妙風(fēng)騷的“
花式慢跑 ”技術(shù)非常感謝興趣。??本文特別向該隊(duì)伍建議將他們的慢車比賽算法及其實(shí)現(xiàn)專門成文分享給大家。
▲ 圖1.1 ?騎摩托的蒙娜麗莎的妖嬈風(fēng)騷的花式慢跑 王老師（ 王天真 [3] ），您好。我看到參加智能車競(jìng)賽的的同學(xué)們對(duì)于 “騎摩托的蒙娜麗莎” 隊(duì)伍在運(yùn)行 慢車道比賽中的 “花式慢跑” 算法及其實(shí)現(xiàn)非常感興趣，可否您讓學(xué)生們對(duì)于這部分的內(nèi)容專門寫(xiě)一個(gè)短文給大家分享一下呢？ ??下面是他們隊(duì)員
王云堯 發(fā)送過(guò)來(lái)的算法分享。再次感謝上海海事大學(xué) 騎摩托的蒙娜麗莎隊(duì)員的技術(shù)分享。
02 算 法分享??
大 家好，我是上海海事大學(xué)單車組“騎摩托的蒙娜麗莎”隊(duì)員岑衎遠(yuǎn)，應(yīng)卓大大邀請(qǐng)來(lái)分享一下我們的“
花式 ”慢賽道跑法。??首先分析一下咱們今年單車的規(guī)則。在往屆比賽中，車模往往被要求盡快跑完全程，因此車模都是盡量按照已有的賽道路徑去跑，甚至在過(guò)彎時(shí)切內(nèi)彎以達(dá)到最短的行進(jìn)路徑。而今年的單車慢賽道，則正好相反，我們需要讓小車以
最慢的速度 走過(guò)盡可能長(zhǎng)的路程，同時(shí)，按照要求，車模在慢賽道上行進(jìn)路線要滿足簡(jiǎn)單閉合曲線的要求，即路線自身沒(méi)有相交點(diǎn)。這樣的規(guī)則要求之下，行進(jìn)路線的選擇幾乎只剩下了
S形 前進(jìn)。那么再加上后面對(duì)于車模偏離賽道的判定距離，
兩米 ，S形前進(jìn)的范圍也已經(jīng)確定。那么
理論存在 ，
實(shí)踐開(kāi)始 。
▲ 圖2.1 ?電單車俯視圖 ??第一步要解決的就是慢車的直立，慢車的直立思路其實(shí)跟快車完全相同，只是
更改了PID 系數(shù) ，需要注意的是，慢車的PID參數(shù)總體相比快車
更大 ，這其實(shí)也與我們的生活實(shí)際體驗(yàn)相符：
騎自行車的時(shí)候，想以慢的速度前進(jìn)，我們就會(huì)以更大的幅度擺動(dòng)車把 。另外，慢車直立PID的調(diào)參對(duì)于舵機(jī)的
損耗極 大，我們?cè)趪?guó)賽的前一天就因?yàn)檎{(diào)了數(shù)天慢賽道，導(dǎo)致舵機(jī)出現(xiàn)故障，不受控制地抖動(dòng)，不得已換了新舵機(jī)，對(duì)之前保存的所有快慢賽道程序進(jìn)行參數(shù)微調(diào)。??完成直立后的第二步就是讓小車以
S形巡線 。這之前還要再提一下對(duì)于慢賽道的設(shè)計(jì)，最好的設(shè)計(jì)是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的一個(gè)圓，就可以滿足慢賽道S形巡線的需求，不會(huì)因?yàn)楦鞣N轉(zhuǎn)彎角度的不同影響小車的穩(wěn)定性，不過(guò)由于圓形鋪設(shè)難度較大，我們采用了
正十六邊形 的設(shè)計(jì)，也可以滿足要求。
▲ 圖2.1 正十六邊形的慢車賽道 ??對(duì)于S形巡線算法的問(wèn)題，其實(shí)剛開(kāi)始我們也沒(méi)什么頭緒，直到開(kāi)始調(diào)巡線的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)，
減小小車巡線的PID控制中的比例項(xiàng)系 數(shù)，可以讓小車產(chǎn)生我們所想要的S形巡線的效果。所以說(shuō)，在大家眼中我們單車的“
花里胡哨 ”的巡線算法，本質(zhì)上就是
合理激發(fā)并利用了傳統(tǒng)PID控制中參數(shù)調(diào)整不當(dāng)所造成的振蕩現(xiàn)象 。??看到這里，你肯定想說(shuō)，我看了這么半天，你就跟我說(shuō)這是你們
參數(shù)調(diào)節(jié)不當(dāng)造成的 ？其實(shí)這其中還有相當(dāng)重要的一環(huán)——對(duì)電磁信號(hào)的處理。在對(duì)電磁信號(hào)的處理中，我們最常用的就是
歸一化 和
差比和 。??這兩種算法想必大家都相當(dāng)熟悉，我就不再贅述。但是這兩種算法僅僅是消除了換賽道時(shí)電磁值變化的影響，并未對(duì)丟線做任何處理。做過(guò)電磁車的都知道，電磁桿在偏離賽一定距離后，計(jì)算出的電磁偏差值會(huì)不增反減，而我們的車在S形巡線時(shí)，有時(shí)可能會(huì)偏離賽道一米以上，這個(gè)時(shí)候如果單單使用差比和或者歸一化做減運(yùn)算得到的偏差就會(huì)很小，小車就會(huì)沒(méi)法兒拐回來(lái)。
??既然減運(yùn)算不行，那就試試加運(yùn)算，很顯然，小車偏離賽道較遠(yuǎn)時(shí)，小車獲得的左右電感值的和較小，而小車在賽道中心時(shí)左右電感值的和較大。那么我們?cè)诎l(fā)車前尋找到賽道中心處電感和的最大值，再與車模運(yùn)行時(shí)電感和作比較，不就可以獲得一個(gè)理想偏差值了嗎？??然而并不是，這種方法得出的偏差值在電磁線附近時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)跳變現(xiàn)象，而且在電磁線附近的偏差曲線也并不是我們理想中的平滑曲線，而是略有下凹。所以最后一步，我們將這種偏差計(jì)算方法與差比和相結(jié)合，即在一定范圍內(nèi)使用差比和算法計(jì)算偏差，超出范圍后使用電感和的算法計(jì)算偏差。??其實(shí)這種算法在慢賽道出現(xiàn)之前，我們就已經(jīng)投入了使用，跑快賽道效果也相當(dāng)不錯(cuò)，直角完全不需要處理，全程也只用了兩個(gè)橫電感就完成了巡線（是的，那兩個(gè)
豎電感只是擺設(shè) ）。
▲ 圖2.2 巡線電磁傳感器 ??分享寫(xiě)到這里已經(jīng)基本結(jié)束。今年的智能車比賽也可以說(shuō)是一波三折，疫情的反彈更是將國(guó)賽逼回了線上。不過(guò)好在智能車的組委會(huì)相當(dāng)認(rèn)真負(fù)責(zé)，為我們定制了獨(dú)特的比賽方案。卓大大更是在公眾號(hào)上非常耐心地為我們答疑解惑，甚至還要聽(tīng)我們發(fā)牢騷。??我本人是第二年做智能車，今年在天時(shí)地利人和之下有幸拿到了
單車組的全國(guó)冠軍 ，可以說(shuō)是做車生涯了無(wú)遺憾了。不過(guò)明年我還是會(huì)繼續(xù)做車的，畢竟我才大三，還沒(méi)到可以做
咸魚(yú) 的時(shí)候。
▲ 圖2.3 ?沒(méi)想到調(diào)壞了的PID參數(shù)居然也能拿到單車組全國(guó)冠軍 世界上最長(zhǎng)的路 就是從想法到實(shí)現(xiàn) 參考資料 [1] 騎摩托 的蒙娜麗莎 : https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA5NjQyNjc2NQ
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