地面上铺设载流导线,通以一定频率和幅值的周期性交变电流,作为引导智能车行进的迹线。用大电感作为传感器,配以一定的电路,获得相应的电压。这是一种较新的循迹方式,在第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛上出现。目前有两种主要的迹线信息解算方法,一是通过整流滤波之后查表,使电压与距离对应;二是用一排密集电感作为传感器,靠近迹线的电感显高电压,远离迹线的显低电压。由于大赛之前尚无精确的数学模型求解迹线信息,本文将试图向这方面努力。
1.传感器排布与赛道信息解算的数学模型
假设载流导线无限长直,电流为 。不妨假设电感为理想电感,即空间尺寸可忽略不计,电感铁芯工作在线性区[1]。
空间一点某一方向上的磁感应强度为,由毕奥--萨伐尔定律[2]得
,其中
由空间位置决定,
。不妨将称
为空间函数,电感不同的放置方式,对应不同的
。若迹线为无限长直的导线,则相同的电感放置方式下,
的表达式不变。
设为电感的开路感应电动势,由法拉第电磁感应定律[3]得:
,其中
由电感的参数决定,是常数。
将进行拉氏变换得
,其中
,
将进行拉氏变换得
,其中
。
将电感到A/D转换之间的电路设计为线性时不变系统,设其传递函数,则
在小车起跑前测得 ••••••(1)
在小车起跑后测得••••••(2)
式(2)除以(1)得
发现电路的传递函数和电流等与空间函数无关的项都被消去了。对于不同的电感排布方式,只要先得出空间函数,然后运用该方法就能得出其对应的迹线信息解算表达式。这也正是本文要做的工作。为方便起见,将该方法称为“法一”。