此文系第16届智能车智能视觉组-上海交通大学AuTop战队开源算法讲解第十部分--电感控制方案,专栏及开源方案链接:

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其实AuTop是摄像头方案,基本没有涉及电感,这里的电感方案介绍同样也是抛砖引玉作用,谈一谈我们的认识,欢迎电磁大佬指正。

一. 电磁基础介绍

在智能车比赛的赛题中介绍,赛道中心会铺有20kHz、100mA交流电流的漆包线,交变产生磁场,电感感应赛道交变磁场产生感应电动势,并通过电路的处理被单片机读取,这便是电磁方案的依据。

对于电磁方案,一般使用工字电感作为感知,常见的电感的排布方式有一下几种:

此外,还经常往电感板正中排布一个单x电感,用于坡道等元素的检测判断,并不做控制处理。

一般而言,电感的安置方式成对出现且越全越好,很多信号在综合运用的时候会发现某个朝向的电感有着较为明显的特征。若初次尝试,建议至少保证xy方向四个电感的齐全,这也是电感方案最基本的排布方案,若仅有两个x电感在过弯道姿态不正时必然存在问题。

二.电磁滤波与控制方案

  1. 电感矫正与归一化

电感按照不同的方案安装后,往往可能会有细微的角度差异,因而需要矫正电感姿态。一般的矫正方案为,将电感探头放置在与电感线正上方与垂直的地方,也就是根据右手定则出现最大值的位置,例如x电感放在直道、y电感放置在与直道垂直。此时微微调整电感姿态使此时读取数值最大,并将电感位置进行固定(可采用热熔胶、热缩管或其它方式)。之后,也应调整运放使得各电感最大值相同,保证相同的放大比例。

每一个场地的电感数据,往往不尽相同,甚至出现极大的偏差,可能是场地地下钢筋等因素的影响。因而,往往需要在比赛上场时,先进行电感的归一化,即将比赛场地电感乘以一个系数使得最大电感数值与实验场地相同。这里需要注意的是,在备赛时电感不建议将运放调制最大,因场地差异很可能存在比赛场地是实验场地1-2倍的差异,若放大倍数过大,很可能存在电感饱和问题,数值超出测量范围。

电感的采样分辨率常用8bit、10bit、12bit这几种,其测量范围无差异,只是分辨率大小不同。对于AI电磁等对电磁精度高的组别,建议采用较大分辨率以提高精度。

2.滤波

直接电感信号往往并不可靠,会出现即便在同一地方也存在数值跳动的状况,一般都会对ADC采样得到的信号进行滤波。比较常规的滤波方案为先经过中值滤波,再使用中位值平均滤波,最后再经过一层低通滤波,如此得到可靠的信号。

完整滤波方案如下(滤波核可自行调整):

3.控制算法

想用电感控制跑起来是比较容易的事情,一个差比和便可以,差比和的基本偏差计算公式为:

[公式]

电感控制的基本原理是,让偏差计算公式得到的偏差恰好与距道路中点的位置成正比,即出现下图2这样的理论曲线。而差比和是图一的理论曲线,显然并不完美,因而想要做性能的提升,可以设法凑出一个正比曲线关系。

差比和偏差曲线与理想偏差曲线

变种差比和偏差计算公式有很多,但其目的都是凑出理想的曲线。例如下面是某个报告提到的偏差计算公式(出处不记得了,有人知道的话望告知),那篇文章得到的仿真结果是这样计算得到的偏差可以比较好地满足正比关系。

[公式]

三、电磁元素识别与控制

电感元素识别是通过寻找各个元素的特征来进行判断的,因而之前说电感排布方式尽量全一些,更容易找到对应的特征。

十字识别比较简单,常规情况下,y电感是一个比较小的值。而十字由于正交的电磁线,y电感会同时变大,因而用y电感可以很方便的进行识别。若保证入十字姿势比较好,x方向信号基本不变,y方向两边同时增大,八字电感一很大一很小,此时可仅通过x方向保证良好入十字,出十字同理。

圆环的电磁信号较为复杂,圆环处x信号变为双倍,y方向一边大一边小,八字电感因一垂直与入环线另一平行于出环线,会有较大的数值差。因而可以考虑利用y电感或八字电感完成入环出环。

坡道可利用居中x进行判断,也可利用各电感都呈现变大趋势来判断。

三叉,通过八字电感判断会比较简单。

以上几种特殊元素,可以利用其特征电感完成方向切换,在差比和或其它的偏差计算公式中,赋予两个两个为一组的电感不同的权重,从而达到不同的运行效果。例如入环时,调大y电感或八字电感比例系数,十字时只保留x电感的比例系数等等。

四、总结

电磁方案在四轮等限定摄像头高度的组别使用广泛。摄像头的高度被限制,相当于小车可感知的距离变短,视角也变差,而电磁前瞻可放置较远的地方(一般25cm-40cm),有着较远的感知距离。因此采用电磁方案在感知距离上有一定的优势,但电感可得到的信息毕竟比摄像头方案上,因而孰强孰弱很难分明,更好的方案当然是二者的灵活融合运用。

另外电感方案因信息不多且可靠,是最容易让车跑起来的方案(一个差比和足够了),也是新手最容易的上手方案,因而如果你是大一参加比赛的同学或者时间很赶的状况,倒也不妨尝试电感方案。


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