两轮自平衡小车的控制策略设计

詹长书 邢博坤 朴光宇 巨生龙 苏德新 马璐

摘要：本文在总结和归纳国内外两轮自平衡小车的研究现状后，在使用现有小车的情况下，选用适当的控制器、执行电机和传感器，设计出两轮自平衡小车的驱动电路，实现了两轮小车的硬件控制系统。其工作原理是系统以姿态传感器（陀螺仪、加速度计）来监测车身所处的俯仰状态和状态变化率，通过高速中央处理器计算出适当数据和指令后，驱动电动机产生前进或后退的加速度来达到车体前后平衡的效果。本次实验将陀螺仪与加速度传感器集成在一张板上，对传感器两者所采集的数据进行互补滤波的优化处理，补偿陀螺仪的漂移误差和加速度计的动态误差，得到一个更优的倾角近似值，之后使用PID控制器来进行系统设计，最终实现小车的直立。

关键词：自平衡小车；互补滤波；积分误差；陀螺仪

中图分类号：S776.3

文献标识码：A

文章编号：1001-O05X（2015）04-0073-04

两轮自平衡小车体积小、结构简单、运动灵活，适用于狭小和危险的工作空间，拥有广泛的应用前景。两轮自平衡小车具有多变量、非线性、强耦合、时变、参数不确定性等特性。近年来，国内外多家科研单位和企业以及自平衡代步车的爱好者都对自平衡理论的发展做出了许多有益的贡献，大大推进了自平衡技术的发展，同时也出现了一批有代表性的自平衡机器人和载人代步车作品。国外的机器人起步较早，所研制的样机比较多，理论也比较完善。……