Simulink四轮驱动小车的数学建模及仿真(3)
智能小车在水平面运动时，输入量选取舵机控制信号和电机控制信号，分别控制车辆转向和前进速度，输出量选取小车在该平面上的坐标，当使用直角坐标系时，输出量为当前坐标[X,Y]，于是小车模型为一个双输入双输出的数学模型。
首先将小车模型分为三部分分别进行理论研究：
（1）舵机输入输出模型。舵机控制前轮转向，其输入为舵机控制信号PWM波的占空比，输出为小车前轮偏角。
（2）电机输入输出模型。电机控制小车速度，其输入为电机控制信号PWM波的占空比，输出为小车后轮速度。
（3）小车运动学模型。输入为小车速度和转角，输出为小车当前坐标。
2.2 舵机模型结构
本课题所使用的舵机为一个直流电压舵机，我们选择Futaba S3010作为舵机的型号,可使用的电源为4V-6V直流电压。在实验中使用+6V直流电压,以提高舵机的响应速度。
PWM（Pulse Width Modulation）信号是一个脉冲宽度调制方波，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
舵机是一个典型的位置随动闭环系统，在其控制线上输人一个PWM信号，通过内部的位置反馈，使其舵盘输出转角正比于给定的PWM控制信号的脉宽。表2.1为Futaba S3010的技术指标,对它的控制可以使用开环方式,在负载力矩小于其最大输出力矩的情况下,它的输出转角正比于给定脉冲宽度.
表2.1 舵机的技术指标
舵机S3010主要技术规格 指定用舵机
体积: (L*W*H) 40.0×20×38.1mm
重量： 41g
输出扭矩 6.0V时 6.5±1.3[Kg.cm]
动作速度： 6.0V时 0.16±0.02[Sec/60度]
动作方向：(顺时针） CW 脉宽 1520-920 [us]
（逆时针） CCW 脉宽 1520-2120 [us]
动作角度： CW 60 ± 10度
CCW 60 ± 10度
左右差 最大10度
工作电流： 停止时 最大15mA （无负载）
（6.0V时） 动作时 145±30mA （无负载）
使用温度范围 -10-+45度
舵机工作原理：
图2.1 舵机工作原理图
该舵机的基本工作原理如图2.1所示，减速齿轮组由马达驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的PWM控制脉冲信号的平均有效电压相等，停止电机，完成位置输出。不等时根据偏差驱动马达正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，从而达到使伺服马达精确定位的目的。
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