关键词： 两轮自平衡小车   线性二次型调节器   遗传算法   最优控制   动力学模型  

摘要： 针对传统LQR最优控制器权重矩阵确定困难以及由此导致的响应速度慢等问题,以具有多变量、强耦合、非线性特点的两轮自平衡小车为被控对象,提出了一种通过遗传算法实现LQR控制器参数寻优的方法。选择线性二次型性能指标为目标函数,利用遗传算法的全局优化搜索能力,获取权阵Q的最优解,从而设计状态反馈控制率K,搭建系统动力学模型进行仿真实验。实验结果表明:该方法设计的最优控制器相对于传统的极点配置和LQR方法具有更好的控制效果,系统响应速度更快,超调更小。

关键词： 自平衡小车   姿态检测   数据融合   载人测试   远程监控  

摘要： 在日趋智能化的时代，科技将人类的生活方式不断革新，作为一种新型载人载物工具，两轮自平衡小车越来越频繁地出现在日常生活中。除此之外，其具备的独特性能，如结构简单、灵活性高、低噪声、自重轻等，使其在资源勘探、安防巡逻、军事侦察等领域也有着广泛的应用前景。本文基于一阶倒立摆的模型，采用先进的嵌入式控制器作为控制核心，有刷直流电机作为驱动设备，加速度计和陀螺仪作为传感器，设计并制作一台可载人的两轮自平衡小车。\n 本文首先通过对现有自平衡小车的调察与研究，确立了以两轮自平衡小车作为研究对象，并通过对一阶倒立摆模型的深入学习，经过适当的线性化处理，最终得到了自平衡小车的控制模型。在系统方案设计时，针对已确立的控制对象，选用了更为合适的硬件方案和控制算法，以达到较好的设计效果。\n 其次，在系统控制平台硬件设计时，充分考虑到平台的通用性、可靠性、稳定性等因素，选用DSP+ARM双处理器作为系统的控制核心，不仅保证了平台强大的数据运算能力，同时也解决了传感器与处理器之间的速度差距问题，减少了控制算法运行时被中断的几率，从而便于更好地比较在同一平台上不同控制算法的控制效果。在硬件设计上，充分考虑到功耗问题，对功耗较大的器件和模块做出合理的散热处理，有效提高了系统运行的稳定性。\n 最后，考虑到控制对象的特殊性，在对小车姿态检测时，采用了加速度计和陀螺仪两种不同类型的传感器，将传感器的输出进行数据融合处理，最终得到有效的姿态数据；在对小车的运行状态进行监测时，监测数据采用无线传输方式发送到上位机，实现了小车的远程监控，极大地方便了调试工作的进行。\n 本文完成了系统控制板和电机驱动板的原理设计与电路板制作，小车的机械结构的组装，载人测试和上位机联机测试。在载人测试过程中，通过更换不同的驾驶人员，获得不同的测试环境，最终为控制算法确立了一组最优的参数，保证了系统对驾驶者的适应性和稳定性。

关键词： 卡尔曼滤波   数据融合   自平衡   两轮   STM32  

摘要： 介绍了一种采用STM32F103C8T6单片机和数字运动传感器MPU-6050等设计的两轮自平衡小车。并利用卡尔曼滤波器算法融合陀螺仪和加速度计信号,计算出小车倾角和角速度的最优估计值,利用数字PID算法控制驱动电机的PWM信号实现两轮小车的自平衡控制。实际测试表明,设计的两轮小车可稳定地实现自平衡控制及简单的遥控运动功能。

关键词： 自平衡   速度控制   方向控制   线性CCD  

摘要： 文中设计了一种基于线性CCD图像传感器的两轮自平衡智能小车。该车通过加速度计测量小车倾角和陀螺仪测量车的倾角速度,两个数据融合得到车的姿态,进而控制其自身平衡,通过线性CCD检测赛道的信息实现行走及转向.经实验验证,该智能小车系统稳定,鲁棒性强,符合我们设计的要求。

关键词： 自平衡智能小车   两轮小车   直立控制   寻迹  

摘要： 介绍一种两轮自平衡智能小车控制系统的实现方案。该系统以MC9S12XS128单片机作为主控芯片,采用一组激光传感器进行路径检测,使用ENC-03MA陀螺仪与MMA7361加速度计进行小车直立自平衡检测,利用BTS7960芯片进行电机驱动,使用增量式编码器进行速度检测,借助滑动电阻器和液晶屏对参数进行调整与观测。在软件方面,结合PWM技术和PID控制技术对小车的两个直流电机的转速进行控制,可以实现两轮小车的动态自平衡快速寻迹运行。实践表明该设计达到了理想效果。

关键词： 控制   自平衡   实时性  

摘要： 介绍了两轮自平衡小车控制系统的设计与实现,系统以飞思卡尔公司的16位微控制器MC9S12XS128MAL作为核心控制单元,利用加速度传感器MMA736l测量重力加速度的分量,即小车的实时倾角,以及利用陀螺仪ENC-03MB测量小车的实时角速度,并利用光电编码器采集小车的前进速度,实现了小车的平衡和速度控制。在小车可以保持两轮自平衡前提下,采用摄像头CCDTSL1401作为路径识别传感器,实时采集赛道信息,并通过左右轮差速控制转弯,使小车始终沿着赛道中线运行。实验表明,该控制系统能较好地控制小车平衡快速地跟随跑道运行,具有一定的实用性。

关键词： 智能小车   两轮自平衡   PID   循迹  

摘要： 本文介绍了基于MC9S12XSl28MAL的两轮自平衡循迹小车软件和硬件设计，智能小车采用MMA8451加速度传感器和ENc一03MB陀螺仪传感器检测智能小车的角度和角速度，采用TSLl401线性CCD传感器采集道路路径信息，利用左右两侧驱动电动机的差速实现智能小车的转向．同时使用两个光电编码器分别对左右两侧的电动机的转速进行实时精确测量。该两轮自平衡小车系统还可以为自动驾驶汽车的研究提供实验依据。

关键词： 控制原理   硬件设计   车模倾角   角度融合   控制算法  

摘要： 两轮自平衡小车本质上是一种不稳定的系统,只有通过调节两轮的运动快慢和运动方向才能使其达到动态的平衡。本设计从自平衡原理开始分析说明,阐述了控制系统的硬件设计,并对角速度传感器和重力加速度传感器测量车模实际倾角的过程和方法做了仔细分析说明,对系统中涉及到的角度融合控制算法和增量式PID控制算法做了理论分析,最后给出了整个系统的软件控制流程图。实验表面两轮自平衡小车基本能够实现直立行走。

关键词： 自平衡   速度控制   方向控制   变速  

摘要： 设计了以飞思卡尔系列MC9S12XS128单片机为核心控制器,加速度计MMA7260、陀螺仪ENC03为角加速度和角度测量仪的两轮自平衡智能小车控制系统.该系统通过对测量出的小车倾斜角度及角加速度进行计算和处理,实现了两轮直立小车的自平衡及小车的速度控制、方向控制和基于轨道的变速控制.该智能小车在华南赛区飞思卡尔智能小车大赛电磁组获三等奖.

关键词： 姿态控制   多传感器数据融合   自平衡控制算法   PD算法  

摘要： 两轮自平衡车是动态平衡机器人的一种,需要靠运动保持平衡不倒,要施加强有力的控制手段使其稳定。介绍一种单轴两轮自平衡小车姿态控制系统设计过程,采用Freescale Kinetis 60作为核心控制单元,三轴加速度传感器MMA7260和陀螺仪ENC-03M测量车模的倾角和倾角速度,测速编码器获取电机运动状态,通过PD调节控制两个电机正反向运动,保持车模直立平衡状态。为了增加小车的机械稳定性,采取了降低重心和减轻小车质量的方法,比如把小车电池和主控板等尽量压下,将整个车模的重心降到轮轴附近。