簡 介： ?你沒有想到吧，在第十六屆全國大學生智能車競賽單車拉力組獲得單車比賽全國冠軍的隊伍的單車控制算法居然是PID參數調整不當造成的振蕩現象！沒錯，出乎所有人的意料。下面讓我們看看來自上海海事大學單車組隊員的分享。
關鍵詞： 智能車競賽，單車拉力，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 參加第 十六屆全國大學生智能車^[2] 單車拉力組全國總決賽的 “騎摩托的蒙娜麗莎”隊伍比賽成績以及比賽過程。很多隊伍對于他們單車在慢車道上曼妙風騷的“花式慢跑”技術非常感謝興趣。

??本文特別向該隊伍建議將他們的慢車比賽算法及其實現專門成文分享給大家。

王老師（ 王天真^[3] ），您好。我看到參加智能車競賽的的同學們對于 “騎摩托的蒙娜麗莎” 隊伍在運行 慢車道比賽中的 “花式慢跑” 算法及其實現非常感興趣，可否您讓學生們對于這部分的內容專門寫一個短文給大家分享一下呢？

??下面是他們隊員 王云堯 發(fā)送過來的算法分享。再次感謝上海海事大學 騎摩托的蒙娜麗莎隊員的技術分享。

02 算法分享

??大家好，我是上海海事大學單車組“騎摩托的蒙娜麗莎”隊員岑衎遠，應卓大大邀請來分享一下我們的“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，甚至在過彎時切內彎以達到最短的行進路徑。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盡可能長的路程，同時，按照要求，車模在慢賽道上行進路線要滿足簡單閉合曲線的要求，即路線自身沒有相交點。這樣的規(guī)則要求之下，行進路線的選擇幾乎只剩下了S形前進。那么再加上后面對于車模偏離賽道的判定距離，兩米，S形前進的范圍也已經確定。那么理論存在，實踐開始。

??第一步要解決的就是慢車的直立，慢車的直立思路其實跟快車完全相同，只是更改了PID 系數，需要注意的是，慢車的PID參數總體相比快車更大，這其實也與我們的生活實際體驗相符：騎自行車的時候，想以慢的速度前進，我們就會以更大的幅度擺動車把。另外，慢車直立PID的調參對于舵機的損耗極大，我們在國賽的前一天就因為調了數天慢賽道，導致舵機出現故障，不受控制地抖動，不得已換了新舵機，對之前保存的所有快慢賽道程序進行參數微調。

??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于慢賽道的設計，最好的設計是簡簡單單的一個圓，就可以滿足慢賽道S形巡線的需求，不會因為各種轉彎角度的不同影響小車的穩(wěn)定性，不過由于圓形鋪設難度較大，我們采用了正十六邊形的設計，也可以滿足要求。

??對于S形巡線算法的問題，其實剛開始我們也沒什么頭緒，直到開始調巡線的時候才發(fā)現，減小小車巡線的PID控制中的比例項系數，可以讓小車產生我們所想要的S形巡線的效果。所以說，在大家眼中我們單車的“花里胡哨”的巡線算法，本質上就是合理激發(fā)并利用了傳統(tǒng)PID控制中參數調整不當所造成的振蕩現象。

??看到這里，你肯定想說，我看了這么半天，你就跟我說這是你們參數調節(jié)不當造成的？其實這其中還有相當重要的一環(huán)——對電磁信號的處理。在對電磁信號的處理中，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電磁值變化的影響，并未對丟線做任何處理。做過電磁車的都知道，電磁桿在偏離賽一定距離后，計算出的電磁偏差值會不增反減，而我們的車在S形巡線時，有時可能會偏離賽道一米以上，這個時候如果單單使用差比和或者歸一化做減運算得到的偏差就會很小，小車就會沒法兒拐回來。

??既然減運算不行，那就試試加運算，很顯然，小車偏離賽道較遠時，小車獲得的左右電感值的和較小，而小車在賽道中心時左右電感值的和較大。那么我們在發(fā)車前尋找到賽道中心處電感和的最大值，再與車模運行時電感和作比較，不就可以獲得一個理想偏差值了嗎？

??然而并不是，這種方法得出的偏差值在電磁線附近時可能會出現跳變現象，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，我們將這種偏差計算方法與差比和相結合，即在一定范圍內使用差比和算法計算偏差，超出范圍后使用電感和的算法計算偏差。

??其實這種算法在慢賽道出現之前，我們就已經投入了使用，跑快賽道效果也相當不錯，直角完全不需要處理，全程也只用了兩個橫電感就完成了巡線（是的，那兩個豎電感只是擺設）。

??分享寫到這里已經基本結束。今年的智能車比賽也可以說是一波三折，疫情的反彈更是將國賽逼回了線上。不過好在智能車的組委會相當認真負責，為我們定制了獨特的比賽方案。卓大大更是在公眾號上非常耐心地為我們答疑解惑，甚至還要聽我們發(fā)牢騷。

??我本人是第二年做智能車，今年在天時地利人和之下有幸拿到了單車組的全國冠軍，可以說是做車生涯了無遺憾了。不過明年我還是會繼續(xù)做車的，畢竟我才大三，還沒到可以做咸魚的時候。

世界上最長的路就是從想法到實現

參考資料

[1]騎摩托的蒙娜麗莎: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA5NjQyNjc2NQ