专利名称：基于电流传感器的电动小车控制方法
技术领域：
本发明属于智能玩具领域，涉及一种直流电机控制方法，特别涉及一种基于电流传感器的电动小车控制方法。
背景技术：
电动小车是许多小型智能运动体(如智能车、智能机器人等)的基础。这些小型智能运动体通常在给定的环境中，按照预设的规则，执行特定的任务，如足球机器人、灭火小车、智能寻迹车、走迷宫的电脑鼠等。这些小车一般采用单片机作为控制芯片，采用光电码盘进行测速，采用PID控制方法实现速度的闭环控制。为了能够更好地完成给定任务的求解，通常要求这些小型智能运动体具有响应快速、控制简单、灵活性好、控制精度高等特点。
因此，设计一种具有更快的响应速度的控制方法实现电动小车的控制具有重要的应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，设计一种基于电流传感器的电动小车控制方法，提高电动小车速度控制响应的快速性。本发明所采用的技术方案是一种基于电流传感器的电动小车控制方法，驱动轮采用直流电机控制，电机轴经过齿轮减速带动车轮轴旋转。车轮轴上安装有光电码盘，实现对车轮的速度测量。霍尔电流传感器与直流电机串联，测量电机的电流。采用H桥驱动电路实现直流电机的正反转驱动，利用单片机输出H桥的PWM控制信号，实现电机的调速控制。当电机的运行速度与给定速度相差较大时，利用电流传感器的检测信号构成电流闭环，采用PID控制算法使电机以允许的最大电流进行速度调节；当电机的运行速度与给定速度相差不大时，利用速度检测信号构成速度闭环，采用PID控制算法实现速度的准确控制。本发明的目的在于设计一种基于电流传感器的电动小车控制方法，利用电流检测信号和速度检测信号分别构成电流闭环和速度闭环，根据当前电机的运行速度与给定参考值之间的差值实现两个闭环的自动切换控制，当速度误差较大时，利用电流闭环控制使电机以允许的最大电流实现电机的调速，达到迅速减小速度误差，提高系统响应的目的。
图I系统结构图。其中I :单片机2 :驱动模块3:直流电机 4:光电码盘5:电流传感器
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。如图I所示，电动小车控制系统的控制单元为单片机(1)，单片机⑴产生PWM信号，并通过控制驱动模块⑵的驱动管的导通和截止实现直流电机⑶的转速和转向的控制，直流 电机⑶的轴与光电码盘⑷相连接，单片机⑴通过计算光电码盘⑷输出的脉冲频率获得电机的转速，电流传感器(5)为霍尔电流传感器，检测直流电机(3)的电流，并反馈给单片机(I)。根据直流电机的铭牌数据，以及直流电机运行的实际工况，确定直流电机的运行允许最大电流值1_。直流电机的运行允许最大电流值选择在大于额定电流而小于堵转电流之间。单片机(I)根据直流电机给定速度^与实际检测速度^之间的差异情
况，来选择速度闭环或电流闭环，即如果 其中ε为速度相对误差阈值，此时，直
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流电机(3)的速度与给定速度相差较小，单片机(I)根据速度误差，采用PID控制算法按照速度闭环控制方法给出控制率，实现电机的速度控制；否则，直流电机(3)的速度与给定速度相差较大，如仍然使用速度闭环进行调速会造成系统响应较慢，因此将速度环变为开环，单片机(I)根据电流传感器(5)检测到的电流值与直流电机的运行允许最大电流值Imax之间的误差，采用PID控制算法按照电流闭环控制方法给出控制率，使得电机尽量以允许最大电流值迅速调速，以减小速度误差，加快电机的响应速度。这样，当电动小车需要经常变速运动时，小车可获得更快的响应速度和稳定的控制效果。本发明的优点在于，与传统的速度闭环的电动小车相比，增加了电流闭环的控制策略，当电动小车需要进行变速运动时，可有效提高系统的响应性能，从而获得更好的速度控制效果，能够提高电动小车等许多小型智能运动体运动的灵活性和快速性。
权利要求
1. 一种基于电流传感器的电动小车控制方法，其特征在于驱动轮采用直流电机控制，电机轴经过齿轮减速带动车轮轴旋转。车轮轴上安装有光电码盘，实现对车轮的速度测量。霍尔电流传感器与直流电机串联，测量电机的电流。采用H桥驱动电路实现直流电机的正反转驱动，利用单片机输出H桥的PWM控制信号，实现电机的调速控制。当电机的运行速度与给定速度相差较大时，利用电流传感器的检测信号构成电流闭环，采用PID控制算法使电机以允许的最大电流进行速度调节；当电机的运行速度与给定速度相差不大时，利用速度检测信号构成速度闭环，采用PID控制算法实现速度的准确控制。
全文摘要
本发明属于智能玩具领域，具体为一种基于电流传感器的电动小车控制方法，电动小车的驱动轮采用直流电机控制，驱动轮轴上安装有光电码盘，实现对车轮的速度测量。霍尔电流传感器与直流电机串联，测量电机的电流。利用电流检测信号和速度检测信号分别构成电流闭环和速度闭环，根据当前电机的运行速度与给定参考值之间的差值实现两个闭环的自动切换控制，当速度误差较大时，利用电流闭环控制使电机以允许的最大电流实现电机的调速，达到迅速减小速度误差，提高系统响应的目的。本发明可应用于以电动小车为基础的许多小型智能运动体的速度控制中。
文档编号H02P7/29GK102857165SQ20121034242
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者修春波 申请人:天津工业大学