兩輪自平衡電動車控制系統(tǒng)設(shè)計與研究.pdf

1、兩輪自平衡電動車作為一種代步工具，構(gòu)思源自于倒立擺，系統(tǒng)本身是一個不穩(wěn)定體，需要施加控制方法使其保持動態(tài)穩(wěn)定。姿態(tài)檢測、平衡控制算法、電機驅(qū)動共同完成了平衡車的控制任務(wù)，姿態(tài)檢測為控制系統(tǒng)提供實時反饋信息，平衡控制算法根據(jù)實時反饋信息輸出驅(qū)動指令控制驅(qū)動系統(tǒng)保持車體平衡。穩(wěn)定、準(zhǔn)確、動態(tài)性能好的姿態(tài)檢測系統(tǒng)及平衡控制算法是兩輪自平衡車控制系統(tǒng)研究的核心內(nèi)容，是兩輪自平衡車能夠安全可靠運行的保障。
　　本文在總結(jié)和歸納國內(nèi)外兩輪自平

2、衡車的研究現(xiàn)狀后，從姿態(tài)檢測模塊、處理器模塊、電機驅(qū)動模塊對兩輪自平衡車進(jìn)行設(shè)計與研究。選用運動傳感器MPU9150完成姿態(tài)檢測與采集，主控制器采用的是stm32系列微處理器，選用250w、24v的直流無刷電機作為動力，設(shè)計電機驅(qū)動板，組裝兩輪自平衡電動車模型。編寫姿態(tài)數(shù)據(jù)處理程序、無刷電機驅(qū)動程序、平衡控制程序，通過分析兩輪車樣機運動狀態(tài)，驗證本文設(shè)計的控制系統(tǒng)的可行性。
　　本文針對兩輪自平衡車的實物模型，運用動力學(xué)方法及拉格

3、朗日方程法對平衡車進(jìn)行模型建立。得到平衡車的模型方程，并以此模型設(shè)計運動控制算法，通過MATLAB仿真分析控制效果，得到理論分析結(jié)果。在實際設(shè)計過程中，姿態(tài)檢測是平衡車整個控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為了得到穩(wěn)定可靠的的車體姿態(tài)信息，采用互補濾波對陀螺儀和加速度兩者所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，設(shè)計了一種基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的姿態(tài)檢測系統(tǒng)，使平衡車在單一傳感器失效的情況下能夠繼續(xù)正常運行，具備一定的容錯性。在運動控制策略方面，從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)