自平衡小车开题报告

1、直立自平衡小车设计方案组员 黄涛 陶玉龙 王亚龙 梁华盛 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程 一.选题依据： 直立自平衡小车是要求仿照两轮自平衡电动车的行进模式，让小车以两个后轮驱动进行直立行走。近年来，两轮自平衡电动车以其行走灵活、便利、节能等特点得到了很大的开展。国内外有很多这方面的研究，也有相应的产品。 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Gra

2、duate School哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程 二.研究目标1控制小车平衡：通过控制两个电机正反向运动保持车模直立平衡状态；2 控制小车速度：通过调节车模的倾角来实现车模速度控制；3 控制小车方向：通过控制两个电机之间的转动差速实现车模转向控制。 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程 研究目标 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Gr

3、aduate School哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程 三.研究内容及关键技术1小车平衡控制 如何通过控制使得倒立摆能够像单摆一样，稳定在垂直位置呢？要到达这一目的，只有两个方法：一个是改变重力的方向；另一个是增加额外的受力，使得恢复力与位移方向相反。 显然对于直立自平衡小车采用第二种方法。 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程 小车平衡控制 Department of Control Scienceand Engineer

4、ing in HIT Shenzhen Graduate School哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程 总结控制两轮小车直立稳定的条件如下：1能够精确测量车模倾角的大小和角速度 的大小；加速度传感器和角速度传感器2可以控制车轮的加速度。电机运动控制 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程 电机运动控制作用：1.通过电机加速度控制实现小车平衡稳定。2.通过电机速度控制，实现小车恒速运行和静止。3.通过电机差速控制，实现小车方向控制。

5、 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程 2小车速度控制 控制速度只要通过控制小车的倾角就可以实现了。具体实现： 1.通过安装在电机轴上的光电码盘来测量得到小车的车轮速度。 2.通过小车直立控制实现小车倾角的改变。 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程 3小车方向控制 电机差动控制:

6、利用小车左右轮偏差检测信号分别与车模速度控制信号进行加和减，形成左右轮差动控 制电压，使得车模左右轮运行角速度不一致进而控制车模方向。 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程 小车方向控制 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程 四.软硬件设计1.小车本体组装带减速齿轮的双电机小车2.硬

7、件电路搭建模块化控制电路设计3.控制软件设计PID算法和Kalman Fielt设计4.后期调试 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程 硬件电路搭建：1 单片机最小系统：包括AVR单片机，程序下载调试接口等；2 陀螺仪与加速度计：包括传感器信号放大滤波电路；3 速度检测：检测电机光电码盘脉冲频率；4 电机驱动：驱动两个电机运行功放电路；5 电源：电源电压转转换，稳压，滤波电路；6设置与调试：显示系统运行状态与监控 Department o

8、f Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程 五.可行性分析 目前我们组的定位是首先AVR单片机控制电路实现小车自主平衡。速度和方向控制方案用红外遥控实现，放弃使用在软硬件设计方面要求很高的自主寻迹。 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate School哈尔滨工业大学深圳研究生院 控制科学与工程 六.工作方案及目前已做工作 Department of Control Scienceand Engineering in HIT Shenzhen Graduate