1、直立自平衡小車設計方案組員 黃濤 陶玉龍 王亞龍 梁華盛 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈爾濱工業大學深圳研究生院 控制科學與工程 一.選題依據： 直立自平衡小車是要求仿照兩輪自平衡電動車的行進模式，讓小車以兩個后輪驅動進行直立行走。近年來，兩輪自平衡電動車以其行走靈活、便利、節能等特點得到了很大的開展。國內外有很多這方面的研究，也有相應的產品。 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Gra

2、duate School哈爾濱工業大學深圳研究生院 控制科學與工程 二.研究目標1控制小車平衡：通過控制兩個電機正反向運動保持車模直立平衡狀態；2 控制小車速度：通過調節車模的傾角來實現車模速度控制；3 控制小車方向：通過控制兩個電機之間的轉動差速實現車模轉向控制。 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈爾濱工業大學深圳研究生院 控制科學與工程 研究目標 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Gr

3、aduate School哈爾濱工業大學深圳研究生院 控制科學與工程 三.研究內容及關鍵技術1小車平衡控制 如何通過控制使得倒立擺能夠像單擺一樣，穩定在垂直位置呢？要到達這一目的，只有兩個方法：一個是改變重力的方向；另一個是增加額外的受力，使得恢復力與位移方向相反。 顯然對于直立自平衡小車采用第二種方法。 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈爾濱工業大學深圳研究生院 控制科學與工程 小車平衡控制 Department of Control Scienceand Engineer

4、ing in HIT Shenzhen Graduate School哈爾濱工業大學深圳研究生院 控制科學與工程 總結控制兩輪小車直立穩定的條件如下：1能夠精確測量車模傾角的大小和角速度 的大?。患铀俣葌鞲衅骱徒撬俣葌鞲衅?可以控制車輪的加速度。電機運動控制 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈爾濱工業大學深圳研究生院 控制科學與工程 電機運動控制作用：1.通過電機加速度控制實現小車平衡穩定。2.通過電機速度控制，實現小車恒速運行和靜止。3.通過電機差速控制，實現小車方向控制。

5、 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈爾濱工業大學深圳研究生院 控制科學與工程 2小車速度控制 控制速度只要通過控制小車的傾角就可以實現了。具體實現： 1.通過安裝在電機軸上的光電碼盤來測量得到小車的車輪速度。 2.通過小車直立控制實現小車傾角的改變。 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈爾濱工業大學深圳研究生院 控制科學與工程 3小車方向控制 電機差動控制:

6、利用小車左右輪偏差檢測信號分別與車模速度控制信號進行加和減，形成左右輪差動控 制電壓，使得車模左右輪運行角速度不一致進而控制車模方向。 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈爾濱工業大學深圳研究生院 控制科學與工程 小車方向控制 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈爾濱工業大學深圳研究生院 控制科學與工程 四.軟硬件設計1.小車本體組裝帶減速齒輪的雙電機小車2.硬

7、件電路搭建模塊化控制電路設計3.控制軟件設計PID算法和Kalman Fielt設計4.后期調試 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈爾濱工業大學深圳研究生院 控制科學與工程 硬件電路搭建：1 單片機最小系統：包括AVR單片機，程序下載調試接口等；2 陀螺儀與加速度計：包括傳感器信號放大濾波電路；3 速度檢測：檢測電機光電碼盤脈沖頻率；4 電機驅動：驅動兩個電機運行功放電路；5 電源：電源電壓轉轉換，穩壓，濾波電路；6設置與調試：顯示系統運行狀態與監控 Department o

8、f Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈爾濱工業大學深圳研究生院 控制科學與工程 五.可行性分析 目前我們組的定位是首先AVR單片機控制電路實現小車自主平衡。速度和方向控制方案用紅外遙控實現，放棄使用在軟硬件設計方面要求很高的自主尋跡。 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈爾濱工業大學深圳研究生院 控制科學與工程 六.工作方案及目前已做工作 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate