两轮自平衡电动车设计方案的探讨

两轮自平衡电动车的探讨2013年3月总第250期NewsMarket两轮自平衡电动车设计方案的探讨周小仨(黄冈职业技术学院黄冈438002)摘要传统的电动车是前后轮结构,本文探讨一种新的两轮电动交通工具是左右轮结构,且不需要人的骑行技术,能自动平衡。利用倒立摆控制思想,采用现代电子技术,微控制器、陀螺仪和加速度传感器、霍尔元件、无刷电机及机械结构等硬件构成,采用PID模糊控制算法、卡尔曼滤波、多传感器数据融合等软件算法,来实现该电动自行车前进后退,灵活拐弯,自动保持平衡。关键词陀螺仪加速度无刷电机自平衡中图分类号文献标识码文章编号TP273;TM33B130304-6371DiscussionontheDesigningSchemeofTwo-wheeledAuto-balancingElectricVehicleZhouXiaosaHuanggangPolytechnicCollegeHuanggang438002AbstractThetraditionalelectricvehiclespossessedthestructurewithfront&rearwheels,thispaperdiscussesanew2-wheeledelectrictransportationvehiclespossessedthestructurewithright&leftwheels,andneedn'ttheridingskillforthepeople,itcanbebalancedautomaticallyThecontrolthoughtofinvertedpendulumwillbeusedandadoptedthemodernelectronictechnology,composedwiththehardwareofmicrocontroller,gyroscopeandaccelerometer,Hallelement,brushlessmotorandmechanicalstructureetcintroducedPIDfuzzycontrolalgorithm,Kalmanfilter,multi-sensordataconvergenceetcsoftwarealgorithmstoimplementtheforward&backwardoftheelectricbike,flexibleturningaroundaswellasauto-balancingKeywordsGyroscopeAccelerationBrushlessmotorAuto-balancing的倾斜速度,可以预测该平衡车的运动趋势,信号通过A/D采一、自平衡车背景技术,采用模糊样到微控制器,该信号与加速度传感器信号进行融合自动平衡车属于一种特殊电动车,其动力学系统具有多变PID控制算法,作用于左右两个直流无刷电机,驱动轮子前进后量、非线性、强耦合、参数不确定、自然不稳定等特性,因其运动退,从而可以达到维持平衡车平衡。环境复杂、运动学方程中的非完整约束,其控制任务也很复杂,需2、加速度传感器要在控制平衡的同时实现路径规划、路径跟踪等任务,其平衡原加速度传感器是倾角传感器,其输出电压信号反映电动车理来自于倒立摆的原理,采用智能控制方法对倒立摆的稳定控制,信号也平板偏离水平方向的角度,还能反映出是前倾还是后倾研究已经取得很多成果,但对具有大范围非线性且存在强耦合的通过A/D采样到微控制器进行处理。平衡车的摆起、倒立控制的研究还很少,尤其对多传感器的数据3、转向霍尔传感器融合处理,数字滤波算法,平衡控制核心算法的研究还是空白,平本平衡车的转向是依靠安装在转向杆上的两个霍尔传感衡车的两个轮子都是采用左右平行双轮布置的结构,重心在双轮轴心之上,所以其本身是一个自然不稳定体,即其本身在静止状器,霍尔传感器输出的电压信号通过A/D采样传送给微控制,车体总是要向前或者向后器,该电压信号反映出霍尔传感器与磁铁的距离,从而可以计算态下,不能够保持竖立垂直平衡位置倾倒,但在运动中,通过实时自身的姿态,由运动控制系统中出转向杆是偏向哪一边,以及偏向的角度有多大,进而将该转向的模糊PID自适应控制算法实时处理经过数据融合和数字滤波信号经过数据融合后作用于左右电机,从而达到转向的目的,本的传感器状态数据,判断平衡车当前的准确姿态,驱动电机前进。电动平衡车可以实现原地360度转弯或者后退,来克服车体前倾或者后倾,这样就形成了“采样???处4、无刷电机霍尔传感器,每秒钟调节电机达理???驱动”的闭环控制在运动中高速执行微控制器发出控制信号传给无刷电机霍尔元件,根据电机125次之多,使平衡车在运动中始终保持动态平衡。工作时序,可以控制无刷电机前进、后退、加速、减速。此外,通过电机的霍尔信号可以测量出电机的转速,从而测量出当前本平二、感知器件选择衡车的行驶速度。对以上多个传感器的数据进行融合,改造传统1、陀螺仪传感器的对惯性器件常用的MK的数据融合方法,对感知系统的陀螺陀螺仪是角速度传感器,其输出电压信号反映电动车平板?63?办公自动化杂志