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…………………、、目录一、 双轮自平衡车原理二、 总体方案三、 电路与程序设计四、 算法分析及参数确定过程一.双轮自平衡车原理1、控制小车平衡得直观经验来自于人们日常生活经验。一般得人通过简单练习就可以让一个直木棒在手指尖上保持直立。这需要两个条件:一个就是托着木棒得手掌可以移动;另一个就是眼睛可以观察到木棒得倾斜角度与倾斜趋势(角速度)。通过手掌移动抵消木棒得倾斜角度与趋势,从而保持木棒得直立。这两个条件缺一不可,让木棒保持平衡得过程实际上就就是控制中得负反馈控制。图 1 木棒控制原理图2、小车得平衡与上面保持木棒平衡相比,要简单一些。因为小车就是在一维上面保持平衡得,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 平衡小车得三种状态3、根据图 2 所示得平衡小车得三种状态,我们把小车偏离平衡位置得角度作为偏差;我们得目标就是通过负反馈控制,让这个偏差接近于零。用比较通俗得话描述就就是: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。4、下面我们分析一下单摆模型,如图 4 所示。在重力作用下,单摆受到与角度成正比,运动方向相反得回复力。而且在空气中运动得单摆,由于受到空气得阻尼力,单摆最终会停止在垂直平衡位置。空气得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得平衡小车,为了让小车能静止在平衡位置附近,我们不仅需要在电机上施加与倾角成正比得回复力,还需要增加与角速度成正比得阻尼力,阻尼力与运动方向相反。 5 平衡小车直立控制原理图 5、根据上面得分析,我们还可以总结得到一些调试得技巧:比例控制就是引入了回复力;微分控制就是引入了阻尼力,微分系数与转动惯量有关。在小车质量一定得情况下,重心位置增高,因为需要得回复力减小,所以比例控制系数下降;转动惯量变大,所以微分控制系数增大。在小车重心位置一定得情况下,质量增大,因为需要得回复力增大,比例控制系数增大;转动惯量变大,所以微分控制系数增大。二.总体方案■小车总框图 三.电路与程序设计1、主要元器件选型A、 STM32F103RCT6 最小核心板■小容量增强型,32 位基于 ARM 核心得带 16 或 32K 字节闪存得微控制器 USB、CAN、6 个...
