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下载后可任意编辑双轮自平衡车设计报告12024 年 4 月 19 日下载后可任意编辑双轮自平衡车设计报告学院…………..........班级……………………姓名………………..手机号…………………..姓名………………..手机号…………………..姓名………………..手机号…………………..22024 年 4 月 19 日下载后可任意编辑目录一、双轮自平衡车原理二、总体方案三、电路和程序设计32024 年 4 月 19 日下载后可任意编辑四、算法分析及参数确定过程42024 年 4 月 19 日下载后可任意编辑一. 双轮自平衡车原理1.控制小车平衡的直观经验来自于人们日常生活经验。一般的人经过简单练习就能够让一个直木棒在手指尖上保持直立。这需要两个条件：一个是托着木棒的手掌能够移动；另一个是眼睛能够观察到木棒的倾斜角度和倾斜趋势（角速度）。经过手掌移动抵消木棒的倾斜角度和趋势，从而保持木棒的直立。这两个条件缺一不可，让木棒保持平衡的过程实际上就是控制中的负反馈控制。图 1 木棒控制原理图52024 年 4 月 19 日下载后可任意编辑2.小车的平衡和上面保持木棒平衡相比，要简单一些。因为小车是在一维上面保持平衡的，理想状态下，小车只需沿着轮胎方向前后移动保持平衡即可。图 2 平衡小车的三种状态3.根据图 2 所示的平衡小车的三种状态，我们把小车偏离平衡位置的角度作为偏差；我们的目标是经过负反馈控制，让这个偏差接近于零。用比较通俗的话描述就是：小车往前倾时车轮要往前运动，小车往后倾时车轮要往后运动，让小车保持平衡。62024 年 4 月 19 日下载后可任意编辑4.下面我们分析一下单摆模型，如图 4 所示。在重力作用下，单摆受到和角度成正比，运动方向相反的回复力。而且在空气中运动的单摆，由于受到空气的阻尼力，单摆最终会停止在垂直平衡位置。空气的阻尼力与单摆运动速度成正比，方向相反。图 4 单摆及其运动曲线类比到我们的平衡小车，为了让小车能静止在平衡位置附近，我们不但需要在电机上施加和倾角成正比的回复力，还需要增加和角速度成正比的阻尼力，阻尼力与运动方向相反。 5 平衡小车直立控制原理图 72024 年 4 月 19 日下载后可任意编辑5.根据上面的分析，我们还能够总结得到一些调试的技巧：比例控制是引入了回复力；微分控制是引入了阻尼力，微分系数与转动惯量有关。在小车质量一定的情况下，重心位置增高，因为需要的回复力减小，因此比例控制系数下降；转动惯量变大，因此微分控...