控制回授迴路

此節說明控制回授迴路，由於感測器量測時會有雜訊，會影響控制系統的設計，因 此在設計控制回授路徑的過程中必須考慮排除雜訊的影響，這將有助於後續的控制器設 計。

5.2.1 靜態實驗

靜態實驗的方式為量測實驗平台靜止狀態下，即前、後輪轉向角度、車輛旋轉速度 與側向加速度理論值為零時，感測器的輸出數據，藉此了解陀螺儀、加速度計與兩個角 度電位檢測計的精準度，若感測器輸出值與理論值差距越大，則表示此感測器的精準度 較差。

圖 51 前、後輪角度電位檢測計靜態下的輸出  

實驗的取樣時間間隔為0.04 秒，於靜止狀態下，前輪的角度電位檢測計輸出範圍約正負 0.4 度，後輪角度電位檢測計輸出約在正負 0.4 度之間。

圖 52 陀螺儀與加速度計於靜態下的輸出

  圖 53 陀螺儀與加速度計於靜態下輸出的頻譜

陀螺儀於靜態下輸出範圍約正負 4 度/秒，而加速度計量得的側向加速度輸出約在正負 20cm s⁄ 之間。由圖 53 可知陀螺儀靜態輸出之頻率較集中於低頻部分，而加速度計靜態 輸出之頻率較雜亂，這兩顆感測器輸出值將回授至後續設計的控制器運算。

5.2.2 帶通濾波器設計

5.1 節中，代表實驗平台的轉移函數解耦合為兩個單輸入單輸出系統，於此小節介 紹兩個系統回授迴路設計，當控制器設計完成將使閉迴路系統穩定。下圖為控制系統架 構。

  圖 54 控制系統方塊圖

為了避免控制器算得的前、後輪轉向角度大於硬體限制( 30度)，故設定前後輪轉向角 度大於 30度時，轉角則維持在 30度，稱為轉向飽和角度。

回授迴路為何使用帶通濾波器？回顧第三章(18)、(19)式，V 理論上是一常數值，但是 通常會有角度誤差，因此在本研究中使用車輛處於靜態下感測器輸出的平均值V ，但

是如果V 值不夠精確，由(18)、(19)式算出的旋轉速度與側向加速度則帶有偏差值，此 偏差值在整個控制流程中類似低頻雜訊，造成前、後輪轉向角度飽和。

為了避免V 計算的偏差造成致動器飽和，將側向加速度迴路與旋轉速度迴路中，

回授路徑上的低通濾波器改用帶通濾波器取代。Bandpass filter 為置於側向加速度迴路與 的旋轉速度迴路帶通濾波器，通過頻率0.25Hz~1.5Hz，增益為 0db，分別於 0.04Hz 降至 -50db 與、4.0Hz 增益降至-30db。帶通濾波器的截止頻率是由多次實驗結果決定，使其 能在低頻與高頻排除雜訊的影響。

Bandpass ilter

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  圖 55 Band-Pass filter 的波德圖

回授控制器C s 、C s 與前饋控制器F s 、F s 之設計將於下一章實驗部份介紹。

第六章 車輛道路避障軌跡的設計與實驗

  本章將會呈現控制器與道路避障實驗的結果。實驗車以等速度行駛於車道，遇到前

方不遠處有障礙物阻擋，在不減速的情況下變換車道閃過障礙物。參照圖 56 為車輛道 路避障軌跡的概念圖，希望車輛能夠跟隨避障軌跡躲避如實驗車一般大小的障礙物。本 章在6.1 節介紹如何設計一條車輛在道路上行駛時可以躲避障礙物的路徑，6.2 節利用感 測器量到的資料，求得實際在道路上行駛的軌跡，6.3 節車輛道路避障軌跡之控制器設 計與實驗，以及實驗結果討論。

  圖 56 車輛道路避障的概念圖