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CN106335584A - 一种双轮平衡车控制系统 - Google Patents

一种双轮平衡车控制系统 Download PDF

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CN106335584A
CN106335584A CN201610842689.1A CN201610842689A CN106335584A CN 106335584 A CN106335584 A CN 106335584A CN 201610842689 A CN201610842689 A CN 201610842689A CN 106335584 A CN106335584 A CN 106335584A
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CN
China
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microcontroller
motor
control system
accelerometer
self
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Application number
CN201610842689.1A
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English (en)
Inventor
张益铭
曹伟
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Harbin University of Science and Technology
Original Assignee
Harbin University of Science and Technology
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K2202/00—Motorised scooters

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  • Motorcycle And Bicycle Frame (AREA)

Abstract

一种双轮平衡车控制系统，其技术要点是：包括微控制器、电源、传感器、加速度计、电机和上位机，所述加速度计和传感器分别与微控制器相连，所述微控制器通过电机驱动模块连接直流电机，微控制器通过通讯模块与上位机相连，传感器和微控制器分别与电源相连。本发明以内置的精密固态陀螺仪来判断车身所处的姿势状态，通过精密且高速的中央微处理器计算出适当的指令后，驱动电机来做到平衡的效果。具体是将自动平衡车的两轮足进行平行布置，利用加速度计与陀螺仪进行前后倾斜角度和角速度的检测，进行自平衡车转向控制杆左右倾斜角度的检测，并将信息输出给微控制器，通过控制算法计算出控制量驱动电机工作，完成自平衡车前进、后退与转向。

Description

一种双轮平衡车控制系统
技术领域：
本发明涉及平衡车的控制系统，具体涉及一种双轮平衡车控制系统。
背景技术：
随着社会的进步、科技和文化的发展，交通工具越来越呈现多样化的方式，人们的选择也越来越多。特别是近些年，随着能源问题、环境问题、交通问题等各个方面问题的出现，体积小、节能减排、有效缓解交通压力的代步方式越来越受到人们的欢迎。平衡车的出现，恰恰适应了这种需要，它不仅能原地回转，还可以在狭小的空间里运行，使用范围大大扩宽。
电动平衡车，又叫体感车、思维车、摄位车等。市场上主要有独轮和双轮两类。目前双轮平衡车市场仍然是一个较为新型的市场，双轮平衡车是当今机器人领域的一个重要分支，其结构类似于倒立摆，具有非线性、耦合性，是检验控制算法的经典装置。其运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”(Dynamic Stabilization)的基本原理上，也就是车辆本身的自动平衡能力。现有电动平衡车的自动平衡能力差，无法满足使用需求。
发明内容：
本发明提供了一种双轮平衡车控制系统，其具有较好的自动平衡能力，满足双轮平衡车的使用需求。
本发明的双轮平衡车控制系统，采用的技术方案在于：包括微控制器、电源、角速度传感器、加速度计、电机和上位机，所述加速度计和角速度传感器分别与微控制器相连，所述微控制器通过电机驱动模块连接直流电机，微控制器通过通讯模块与上位机相连，角速度传感器和微控制器分别与电源相连。
作为本发明的进一步改进，所述电机为功率90W、额定电压30V、空载转速7220RPM的直流电机。
作为本发明的进一步改进，所述角速度传感器为陀螺仪。
作为本发明的进一步改进，所述通讯模块为wifi模块、或无线射频模块、或蓝牙模块。
本发明的有益效果是：本发明以内置的精密固态陀螺仪来判断车身所处的姿势状态，通过精密且高速的中央微处理器计算出适当的指令后，驱动电机来做到平衡的效果。具体是将自动平衡车的两轮足进行平行布置，利用加速度计与陀螺仪进行前后倾斜角度和角速度的检测，同时利用霍尔元件与磁铁搭配，进行自平衡车转向控制杆左右倾斜角度的检测，并将信息输出给微控制器(MCU)，通过控制算法计算出控制量，驱动电机工作，完成自平衡车前进、后退与转向等动作。
其中，加速度计信号噪声大且易受动态加速度干扰，采用小波阀值去噪，可以有效去除噪声；采用互补滤波对加速度计和陀螺仪输出信号进行融合，可以抑制动态加速度的干扰，但同时输出的波形在过冲信号进行融合，可以抑制动态加速度的干扰，但同时输出的波形存在过冲问题。通过建立一个系统，可以有效去除过冲。通过三种信号处理方法共同作用，可以准确并及时的采集到自平衡车姿态信息，为控制算法的设计奠定基础。
附图说明：
图1为本控制系统的原理结构示意图。
具体实施方式：
参照图1，该双轮平衡车控制系统，包括微控制器、电源、角速度传感器、加速度计、电机和上位机，所述加速度计和角速度传感器分别与微控制器相连，所述微控制器通过电机驱动模块连接直流电机，微控制器通过通讯模块与上位机相连，角速度传感器和微控制器分别与电源相连。
所述电机为功率90W、额定电压30V、空载转速7220RPM的直流电机。所述角速度传感器为陀螺仪。所述通讯模块为wifi模块、或无线射频模块、或蓝牙模块。
针对自平衡车数字化模型过于理想，且系统非线性等特点，本具体实施方式中采用PID控制算法来对自动平衡车进行控制。通过制定自动平衡车控制规则，设计出适合控制自动平衡车系统的控制算法，用来整定PID算法的参数。
载人平衡车在运行过程中需要得到角速度传感器时时测量数据的支持，这些数据有些需要硬件处理之后再传给微控制器，有些不需要处理直接传给微控制器，微控制器得到这些数据后经过一些控制算法之后传给执行机构，并对执行机构反馈来的信号进行检测。所有的这些，都是靠微控制器完成的。为了实现对载人平衡车精确高效的控制，就要求微控制器具有高速的处理功能，并且应拥有较多的种类的通信接口，如SCI、IIC、SPI等，以便实现外围功能的扩展。

Claims (4)

1.一种双轮平衡车控制系统，其特征在于：包括微控制器、电源、角速度传感器、加速度计、电机和上位机，所述加速度计和角速度传感器分别与微控制器相连，所述微控制器通过电机驱动模块连接直流电机，微控制器通过通讯模块与上位机相连，角速度传感器和微控制器分别与电源相连。
2.如权利要求1所述的一种双轮平衡车控制系统，其特征在于：所述电机为功率90W、额定电压30V、空载转速7220RPM的直流电机。
3.如权利要求1所述的一种双轮平衡车控制系统，其特征在于：所述角速度传感器为陀螺仪。
4.如权利要求1所述的一种双轮平衡车控制系统，其特征在于：所述通讯模块为wifi模块、或无线射频模块、或蓝牙模块。
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