基于雙輪自平衡小車的PID參數(shù)驗(yàn)證平臺(tái)的設(shè)計(jì).pdf

1、雙輪自平衡小車基于倒立擺原理設(shè)計(jì)而成，它是驗(yàn)證控制理論非常實(shí)用的實(shí)驗(yàn)載體。目前在高校中PID參數(shù)驗(yàn)證平臺(tái)以倒立擺為主，教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備體積較大、成本昂貴。我的研究課題為基于雙輪自平衡小車的PID參數(shù)驗(yàn)證平臺(tái)的設(shè)計(jì)。本文主要做了如下研究工作:
　　1.雙輪自平衡小車PID參數(shù)驗(yàn)證平臺(tái)由雙輪自平衡小車實(shí)體和參數(shù)調(diào)節(jié)器兩部分構(gòu)成。雙輪自平衡小車由主控制器GD32F103RET6、陀螺儀、加速度計(jì)和L298N全橋驅(qū)動(dòng)器等部分組成;參數(shù)調(diào)節(jié)器由

2、主控制器STC12C5A60S2、無線收發(fā)模塊NRF24L01和液晶OLED12864等部分構(gòu)成。
　　2.對系統(tǒng)進(jìn)行了算法研究和驗(yàn)證，雙輪自平衡小車的直立、行進(jìn)、轉(zhuǎn)向三種狀態(tài)對應(yīng)三種運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和控制模型，需要不同的控制方式和控制策略，調(diào)試出適應(yīng)各個(gè)狀態(tài)最優(yōu)PID參數(shù)。
　　3.雙輪自平衡小車和參數(shù)調(diào)節(jié)器的實(shí)物設(shè)計(jì)。利用實(shí)驗(yàn)室的資源，繪制并制作了平衡小車的主控板，參數(shù)調(diào)節(jié)板，電機(jī)驅(qū)動(dòng)板等電路。利用亞格力板搭建的雙輪自平衡小車

3、平臺(tái)并進(jìn)行其它模塊組裝、電源的適配等工作。
　　設(shè)計(jì)結(jié)果表明:該參數(shù)驗(yàn)證平臺(tái)首先通過姿態(tài)傳感器MPU6500內(nèi)部集成的陀螺儀和加速度計(jì)獲得其在非慣性坐標(biāo)系下的垂直角度值，通過中值濾波、均值濾波等方式對信號(hào)進(jìn)行濾波，通過卡爾曼算法將陀螺儀、加速度計(jì)分別得到角度值進(jìn)行角度融合，形成角度平衡閉環(huán)。使用定時(shí)器計(jì)時(shí)在固定時(shí)間間隔內(nèi)，采集編碼器的脈沖個(gè)數(shù)并計(jì)數(shù)，達(dá)到測速的效果，形成速度的一路閉環(huán)。然后利用PID算法改變直流電機(jī)PWM的占空比實(shí)