两轮直立小车控制系统的研究

郑健儿 祝丽

两轮直立小车控制系统的研究

浙江万里学院  郑健儿  祝  丽

【摘要】本文介绍的是两轮电动小车自动平衡控制系统的电路设计方案，控制系统包括K60单片机主控模块、电源模块、电机驱动模块和传感器模块，文章阐述了直立小车控制电路的具体设计方法。

【关键词】两轮直立车;控制系统;电路设计

引言

随着科学技术的发展，民众的生活水平也日渐提高，两轮直立车将会越来越受大家的喜欢。本文结合大学生飞思卡尔智能车竞赛项目，介绍了一种直立小车控制系统电路设计的方案，小车由两个直流电机作为驱动，通过速度编码器、加速度计和陀螺仪等传感器来检测车身的运动状态，通过单片机的信号处理实现小车自平衡状态。

1.系统控制任务分析

两轮直立小车控制系统的控制任务可以分解成以下三个方面[1]：（1）车身平衡控制：通过两个电机正反向运动产生的回复力保持车身直立平衡状态;（2）行进速度控制：通过改变车身的前倾角度从而改变电机的转速，来实现小车行进的速度控制;（3）小车方向控制：通过控制两个电机之间的转动差速实现小车转向的控制。

三个分解后的任务虽然可以通过单片机独立进行控制，但由于最终都是对同一个控制对象（两个电机）进行控制，所以它们之间又是相互关联和协调工作的。根据小车自动平衡控制的需求，系统电路需要单片机主控模块、电机驱动模块、电机转速检测模块、车身倾斜度检测模块、车身运动状态检测模块和电源模块等几部分电路构成，控制系统的框图如图1所示。……