兩輪自平衡車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、在交通和環(huán)境問題日益突出的當(dāng)今，作為適合多種場(chǎng)合使用的代步工具，載人平衡車具有使用簡(jiǎn)單、節(jié)能環(huán)保、運(yùn)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，尤其在狹小地帶更具有明顯的優(yōu)勢(shì)，從而獲得廣泛關(guān)注。作為一個(gè)非線性的對(duì)稱系統(tǒng)，其原理和傳統(tǒng)的倒立擺類似，本身是一個(gè)自然不穩(wěn)定體。本文在對(duì)載人平衡車研究的基礎(chǔ)上，提出一種設(shè)計(jì)方案并對(duì)其相關(guān)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。
　　本文通過都對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，分析了載人平衡車的原理和控制特點(diǎn)，提出了載人平衡車的系統(tǒng)組成，介紹了平衡車系統(tǒng)的

2、機(jī)械結(jié)構(gòu)并設(shè)計(jì)了以STM32為主控制器的硬件電路部分，并詳細(xì)論述了各模塊的設(shè)計(jì)思路。其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為載人平衡車的核心部分，本文選擇H橋驅(qū)動(dòng)電路，采用IR2184驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，利用不同對(duì)角線MOS管的導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，通過控制PWM輸出控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。為了防止燒壞電機(jī)，還添加了電流傳感器電路對(duì)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)。還設(shè)計(jì)了以光電編碼器和STM32為核心的電機(jī)測(cè)速系統(tǒng)。對(duì)于姿態(tài)傳感器，為了彌補(bǔ)陀螺儀和加速度計(jì)各自的缺陷，采用陀螺儀

3、和加速度相結(jié)合的姿態(tài)測(cè)量方法，并通過卡爾曼濾波方法來對(duì)陀螺儀和加速度計(jì)的輸出信號(hào)進(jìn)行融合，通過仿真驗(yàn)證了卡爾曼濾波的有效性，得到了更優(yōu)的傾角值。對(duì)于載人平衡車的轉(zhuǎn)向問題，增加了轉(zhuǎn)向器電路從而實(shí)現(xiàn)了小車的轉(zhuǎn)向功能；在踏板上安裝了踏板開關(guān)，控制核心電路的電源通斷；利用無線通信模塊完成了和上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。在控制算法方面，通過PID控制車體的角度和角速度，對(duì)雙閉環(huán)數(shù)字PID控制技術(shù)做了相應(yīng)的研究，最后將控制算法轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的程序代碼，并完成了卡