详情

原文传递两轮自平衡车系统的设计与实现

论文题名：	两轮自平衡车系统的设计与实现
关键词：	两轮自平衡车;机械结构;主控制器;功能模块
摘要：	在交通和环境问题日益突出的当今，作为适合多种场合使用的代步工具，载人平衡车具有使用简单、节能环保、运动灵活等特点，尤其在狭小地带更具有明显的优势，从而获得广泛关注。作为一个非线性的对称系统，其原理和传统的倒立摆类似，本身是一个自然不稳定体。本文在对载人平衡车研究的基础上，提出一种设计方案并对其相关模块进行设计。　　本文通过都对国内外研究现状进行总结，分析了载人平衡车的原理和控制特点，提出了载人平衡车的系统组成，介绍了平衡车系统的机械结构并设计了以STM32为主控制器的硬件电路部分，并详细论述了各模块的设计思路。其中电机驱动系统作为载人平衡车的核心部分，本文选择H桥驱动电路，采用IR2184驱动芯片驱动电机，利用不同对角线MOS管的导通实现调节电机的正反转，通过控制PWM输出控制电机转速。为了防止烧坏电机，还添加了电流传感器电路对电机进行实时保护。还设计了以光电编码器和STM32为核心的电机测速系统。对于姿态传感器，为了弥补陀螺仪和加速度计各自的缺陷，采用陀螺仪和加速度相结合的姿态测量方法，并通过卡尔曼滤波方法来对陀螺仪和加速度计的输出信号进行融合，通过仿真验证了卡尔曼滤波的有效性，得到了更优的倾角值。对于载人平衡车的转向问题，增加了转向器电路从而实现了小车的转向功能；在踏板上安装了踏板开关，控制核心电路的电源通断；利用无线通信模块完成了和上位机的数据传输。在控制算法方面，通过PID控制车体的角度和角速度，对双闭环数字PID控制技术做了相应的研究，最后将控制算法转化成相应的程序代码，并完成了卡尔曼滤波算法、电机测速和AD转换等软件代码的设计，从而实现了载人平衡车的整体设计。
作者：	孔令勇
专业：	控制工程
导师：	李双全
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文