、强耦合、多变量和自然不稳定的系统是检验各种控制理论的理想模型。在控制过程中倒立摆系统能有效地反映诸如稳定性、鲁棒性、随动性以及跟踪性等许多控制中的关键问题25。本文涉及到的两轮自平衡车相比一级倒立摆系统由于其两轮分别驱动增加了控制难度且使用了嵌入式的数字信号处理器作为控制器使其可以脱离实验台的导轨在普通路面上运动。反过来说两轮自平衡车也可以称为移动式倒立摆。国内外研究学者对移动轮式倒立摆模型及对两轮行走平衡控制技术的进行了大量的研究分别出现了Segway26Quasimoro27Joe28和Nbot29等机器人。最早研究这种行走机构的是日本电气通信大学的山藤和男教授他研究两轮行走平衡控制技术并获“平行双轮机器人”专利。近两年该项技术开始成为全球机器人控制技术的研究热点之一美国和日本的研究机构及公司相继开始了这方面的应用研究并取得了初步成果。
本文设计的电动车有其自身的优势对于步行街、广场、公园、游乐场和大型会场等场合机动车辆无法通行步行又令人疲劳时这种为人代步、行走灵活、控制方便的代步车就显示了它的优越性。由于自平衡电动车的前进、后退、转弯、速度快慢以及车体的平衡等控制均由两个驱动电机承担所以控制难度较大。因而就需要实时性能较好的传感器检测它的实时姿态并把姿态数据及时的传输到主控制器由主控制器通过PWM信号改变施加在左右车轮的电压使车轮改变转速从而控制车体的平衡。然而陀螺仪传感器、加速度传感器等高精度、反应快的传感器的价格贵且占车体总成本的比例较大。所以高精度的传感器阻碍着自平衡两轮电动车成本的降低也就阻碍着自平衡两轮电动车这种智能车在国内的推广。所以本文主要着眼于改用低成本的传感器、减少使用传感器的数量、测量主要控制方向的单轴传感器来降低车体的成本考虑车体起步时需要克服的惯性力建立了比较完善的数学模型采用ARM嵌入式32位微处理器作为控制器核心器件并使用较合适的控制算法以达到较好的控制车辆运动的效果。最后通过样车的实验测试验证整个系统的可行性。
f1绪论
11国内外自平衡电动车研究及发展现状
对平衡控制技术的研究是早在上个世纪80年代后期就已经开始了在2001年美国发明了一种新型交通工具“Segway”自此自平衡控制技术受到世界各地的广泛关注。111国外的研究现状
1987年日本电气通信大学的山藤教授在申请“平行双轮机器人”的专利中应用了行走平衡控制技术该机器人有两个轮子没有平衡台控制电路和驱动电路都安装在上部r