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2017年电子设计大赛(B题 滚球控制系统)赛后总结

感悟 求索 1395次浏览 0个评论

电子设计大赛是大学电类专业中的最高赛事,同时个人认为也是能够体现个人能力和技术水平最好赛事。而大赛两年一次国赛,只在单数年举办,今年刚好参加,赛后心得,小结留念。(以控制题为例)

电赛应该准备的一些技能,需要注意的事项:

1、 三个自信

1.1 技术自信

(1)至少熟练掌握一种MCU

就像你至少有一种自己趁手的武器,最好是高级单片机,高级芯片在比赛中会给你很大的帮助,当然你也可以说,我用51单片机就可以解决高级芯片做到的事情,但是电赛测评老师并不会因为你使用低级芯片就给你加分。

(2) 熟练掌握PID算法

我们团队做的是控制题,而电赛中,做的最多的题目也是控制题。PID算法是经典控制算法,几乎所有的控制器都用的他,如果想要参加电赛,PID算法一定要会,如果想要取得好的名次,PID算法一定要精。

(3)能够快速整定PID参数

PID算法的整定相信是每个经历过PID学习的都实践过的。但是,千万不要认为仅仅是做过电机调速这样的简单的控制系统就认为自己掌握了PID算法和整定过程。只有经历过至少两种不同的典型非线性控制系统的参数整定,才能找到PID算法整定的感觉。通过观察电子设计大赛的题目可以发现,控制类的题目大多是控制理论中典型控制系统的变形,如13年的旋转倒立摆,15年的风力摆,17年的板球控制系统,这些在控制理论中都可以找到原型。
经过大量的参数整定练习,可以使自己快速找到感觉,并且能够根据自己的理解对算法进行扩展和改进,例如今年的滚球控制中我们使用模糊PID在程序中设定了50多组PID参数,对不同的情况进行分类讨论,最后取得了较好的控制效果。

(4)熟练掌握常用驱动程序

这部分其实可以算作熟练掌握MCU的一部分,要在学习的过程中积累出一套常用的驱动程序,保证自己可以熟练的使用移植不出错。

(5)能够解决常见问题

要有一套自己解决问题的思路,遇到问题之后能迅速排查定位问题,能够快速找出,是硬件问题还是软件问题,是机械问题还是电源问题,是驱动问题还是逻辑问题等。这是一种能力,是在不断的实践过程中积累下来的。
虽然电赛只有四天三夜但它考察的确确实实是一个人多年的积累。

(6)熟练使用一些常用工具

这也是日常积累的过程,在做项目中要能够有意识的去寻找能提高效率帮助工作的小工具,例如使用代码格式化工具使自己的程序更加规范清楚,利用波形助手辅助自己进行PID参数整定等等。

1.2 团队自信

(1)相信队友

在比赛过程中,团队之间最重要的是相互信任,尤其是在比赛进入第二天和第三天的时候,问题大多出现在这两天,而我们又大多在这两天进入疲惫期。

人只有在最疲惫和最有压力的时候才会暴露出自己所有的阴暗面,当然这也是自身成长的最好时期,只有在极度疲惫,压力极大的时候,一个人才能全面暴露,在这个时候才最容易成熟和成长。

我们团队从第二天晚上开始,轮流睡觉整定参数,一个人睡三个小时。那两晚,痛苦并成长着。每一个人压力都比较大,又比较疲惫,而我们三个人都属于那种自我意识比较强的人,那时候,可能一句话说不好,气氛就会不好,会说话声音很大,会相互争吵,最怕的是会冷战,但庆幸的是,我们又都有比较好的大局观,总算没有放弃。

(2) 较为默契

默契这个东西,是长期相处得来的。长期相处合作,你们在做起事来就会得心应手。好在,我们三个人已经合作了两年,虽然偶有摩擦,但还是比较默契的。
我们三个人对软件都比较擅长,对PID算法也都有着自己的理解,因此,我们在调程序时,一个写,一个盯着看,跟着调,旁观者检查错误,这样来保证尽量不出bug,在整定参数时,两个一起看现象,一起改参数,后来整定参数越来越快,进度也逐渐赶了上来。

整定参数最佳时间段就是夜晚12点到6点这段时间,一起思考,轮流整定,无缝交接任务。到后来,我们之间不断的给对方惊喜,前半夜你在纠结的问题,后半夜他解决了,后半夜他苦恼的思路,一觉醒来你搞定了,这样不断的互助中,我们刷新了对对方的认识,合作越发默契。

(3)队长,核心,灵魂

一定要选好负责人,最好是技术好,心态好,脾气稳得住的人。这样的人能给团队带来安全感,在赛中疲惫期可以给人以信任。当然,更重要的是能带领团队不走弯路,不走太偏。可惜的是,我们团队中的三个人,都较重技术,在这方面做的也并不好。

1.3情绪自信

(1)绝不放弃

这句话是对第一次参加大赛的人说的,既然参加了,不管中途出现什么问题,都决不放弃。我们在赛前组内开会的时候就提到了这个事情,无论到时候多头疼,多想放弃,想想就好了,千万别说出口。只要不说出来,就能坚持下去。

(2)在压力和疲惫中成长

压力和疲惫下,是最能锻炼人的,你的思考能力,分析能力,当年在这个时候静下来时,最容易出现好点子。这个时候,压制住自己的阴暗面,控制情绪。

(3)对团队负责

每一个人都对团队负有责任,千万不要想着,我打酱油就行了这种事。另外,千万不要跟队友赌气,要有大局观,不管队友之间出现什么问题,一定要记住比赛之后再处理,电赛的每一分钟都很珍贵。

2 两个基本点

2.1 决策

在决策中一定要每个人都思考起来

(1)选题

选题是赛题发放之后遇到的第一关
在这里,其实也要注意一下策略问题,取长补短,一定要找到能发挥出自己最大优势的题目,比如说,你擅长做控制类,但是控制类选的人是最多的,竞争压力也很大,倒不如仔细看一下题,找一下那些自己熟悉,但是生僻没有人选的题目,说不定一个好的选题就是省一和国一的区别。

(2)选材

选材是第二关
近年来,电赛控制类题目越来越倾向机电方向,从倒立摆到风力摆到板球,机械结构越来越复杂,一个好的机械结构真的可以为你省去不少事,软件是用来发挥硬件极限的,如果你的硬件天生不能完成这个题目,软件再怎么调也没有用。
选材包括,选芯片,结构,执行机构,器件等,一定要多讨论,当然,如果你们团队有一个可靠的硬件设计者,那真的是很幸运了。

(3)选方案

选方案一般应当在第一天的上午完成
当然,第一天不大可能能够发现这个题目的所有陷阱,但是一定要有一个大致的方案,然后在后面制作的过程中不断修正,逐渐完善。

2.2 经验以及前期准备

(1) 避开常见陷阱

这也是日积月累的一个过程,常见的开发陷阱一定要注意避开,比如供电问题,舵机电机等大电流器件有没有注意单独供电,有没有注意和MCU隔离供电,电源质量如何,纹波大不大,会不会影响精密传感器的使用,软件方面驱动程序有没有没注意到的bug等等。都应当在前期准备好。

(2)前期程序框架

在电赛的准备阶段,一定要搭建好自己的程序框架,节省比赛时间,既然是框架,就不需要太多逻辑,程序内容包含自己常用的东西就好,比如说定时器,PWM,PID算法等,几乎一定会用到的,最好提前备好测试过。保证不出低级错误。

(3)前期练手

在比赛前,一定要做几个项目练手,最好是往年经典题目,或者是一些高校的校内实训题目,比如关注一下组委会是哪个学校的,也许他们学校的实训题目就和比赛题目有很大关联。这点可以特别注意。

3 其他经验

3.1 密切注意器件清单

电赛是7+3的比赛,这场较量,实际上在清单下发的那刻就开始了,比的就是个人的开发经验和想象力。多密切关注清单中的重点传感器和执行机构,一般连着的几个差不多是一个题目的。最好用本次清单对比下前几年的题目和清单,题目也许就猜换个大概了,提前一分准备,就多一分把握。

3.2 前期准备一定要充分可靠

通过清单透露出的赛题信息,提前做一些准备。比如,清单里大概有要做小车的部分,是不是应该提前准备好电池,电机驱动。清单里透露出是一个不需要移动的控制系统,是不是应该考虑供电部分使用电源适配器这种稳定不需要充电的设备。以及其他。

3.3 硬件问题比较大

大多数的控制类题目,都是栽在硬件上了。硬件一直改,越改越差。
(1)如果第二天硬件还没有成型,第三天你还在修改硬件的话,这问题就比较大了,留给你调试程序,撰写报告,以及后面等一系列非技术工作的时间已经不多了。软件是滞后于硬件的,最好能够在第一天硬件成型,第二天上程序调试,此时可以对硬件不合理的地方小幅度修改,第二天晚上开始主攻软件。
(2)两个小小的建议

不要一有问题就改硬件,可能只是你没有找到一个合适的参数。

不要闷头改参数,不跟队友交流,可能硬件稍微动一动参数就好调了。

看似两句很矛盾的话,其实只是想说一件事儿——“注意沟通”,在比赛中一定要注意沟通,尤其是硬件和软件之间。注意把握好度,找到对自己最有利的那个点。
(3)把握好进度,一旦进度差太多,那就调整战略,寻找最容易拿分,能拿最多分的题目。有点应试教育的感觉,但是田忌赛马的故事大家都懂,稍微调整一下策略可能结果就会差很多。

4关于综合测评

如果赛题做的不错,有可能作为赛区优秀参赛队,当作品被老师留下时就应该注意了,回去之后马上开始着手准备综合测评的题目。
最近几年综合测评题目比较固定,都是产生方波,三角波,正弦波等,因此在这几天里一定快速熟悉经典波形产生电路,尤其是运算放大器的使用重点注意,基本都是在运放电路的基础上做各种应用。

建议还是先使用Multisim进行仿真,再搭电路,不过绝对不能只仿真不焊电路,那样很多问题根本发现不了。有意识的用题目要求来练习,比如今年的题目给了四个运放,几乎每种波形都需要用到一种运放,一共5道题,所以一定要提前思考好怎么分配,滤波器能用无源不用有源。而且综合测评不提供有源器件,不能带电脑手机不能使用网络,打印材料不能带(有的赛区无此要求),但是为了保险起见,最好把常用电路画在书上,尤其是模电书,一定要带好。

综合测评,上午8点到下午3点,7个小时,5个题目,三个芯片,在初赛结束后准备就可以了,不需要太早。

因为下一届电赛换TI赞助了,瑞萨杯已成历史,仅以此文来纪念我的大学,和在电赛中挥洒的青春。

最后,贴一下我们滚球控制系统的视频,所有题目均完成,最后加了两个自由发挥项,第二个发挥就不要看啦,那个做的不好,在测评展示时我们保留了没有展示。

(本文原创,转载请联系作者)


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