基于載流導線循跡智能車的數(shù)學模型
1.傳感器排布與賽道信息解算的數(shù)學模型
假設(shè)載流導線無限長直,電流為
。不妨假設(shè)電感為理想電感,即空間尺寸可忽略不計,電感鐵芯工作在線性區(qū)[1]。
空間一點某一方向上的磁感應(yīng)強度為
,由畢奧--薩伐爾定律[2]得
,其中
由空間位置決定,
。不妨將稱
為空間函數(shù),電感不同的放置方式,對應(yīng)不同的
。若跡線為無限長直的導線,則相同的電感放置方式下,
的表達式不變。
設(shè)
為電感的開路感應(yīng)電動勢,由法拉第電磁感應(yīng)定律[3]得:
,其中
由電感的參數(shù)決定,是常數(shù)。
將
進行拉氏變換得
,其中
,
將
進行拉氏變換得
,其中
。
將電感到A/D轉(zhuǎn)換之間的電路設(shè)計為線性時不變系統(tǒng),設(shè)其傳遞函數(shù)
,則![]()
在小車起跑前測得
••••••(1)
在小車起跑后測得
••••••(2)
式(2)除以(1)得![]()
發(fā)現(xiàn)電路的傳遞函數(shù)和電流等與空間函數(shù)無關(guān)的項都被消去了。對于不同的電感排布方式,只要先得出空間函數(shù),然后運用該方法就能得出其對應(yīng)的跡線信息解算表達式。這也正是本文要做的工作。為方便起見,將該方法稱為“法一”。
這種方法有幾個優(yōu)點:一是表達式與電路傳遞函數(shù)無關(guān),即與電路無關(guān),這就使得電路設(shè)計從理論上講極其簡單,只需滿足線性時不變;二是表達式與賽道電流無關(guān),這就使得該方法推導的模型從理論上講具有極強的適應(yīng)性;三是該方法推導的模型運用起來簡單高效。













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