基于MMA7260两轮自平衡小车控制系统设计.pdf

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1、第24卷第3期机电产品开笈与钐)新V01．24．No．3呈Q!!圭曼星旦!业!竺!竺垒!竺!!坐竺!!竺竺!兰!!垒兰!竺堡!堂空!!竺塑型：!呈里!!文章编号：1002-6673(2011)03一14仙3基于MMA7260两轮自平衡小车控制系统设计杨继志．郭敬(北京航天试验技术研究所机电技术事业部，北京100074)摘要：两轮自平衡小车运动控制的关键是小车平衡的控制。本文设计并制作了一台以M^d^7260加速度传感器为姿态敏感元件。采用sTcl2c5A60s2单片机作为主控制器，通过L298电机驱动模块驱动双向直流电机实现两轮自平衡小车的姿态控制。将涉及到具体硬件的控制程

2、序进行了分离和封装，因此小车可以作为验证各种控制算法性能的理想物理平台．并采用PID算法对小车姿态控制进行了试验．验证了自平衡小车物理系统方案的可行性。关键词：MM^7260；两轮自平衡小车；STcl2C5A60s2；控制算法中图分类号：’rB51文献标识码：Adoi：10．3969纯issn．1002—6673．2011．03．058T咖Wh砌SeIfLbaIandngCarContmlsystemDeSi印Based佃MMA72砷YANG嚣-琉．GUoJ崦(BeijillgIm6nltcofAerospaceTe妯ngTechnolo劈，Be翁ing100074，CIl

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5、下为一不稳定系统，只有通过自动姿态控制，才能使小车非车轮部分重心保持在车轮轴垂直线上。同时两轮自平衡车在姿态控制过程中。物理支撑部位直接与自然地面接触，这与一般的一级倒立摆运行在经过加工的导轨上不同．虽然二者动力学模型类似，但是其控制过程中受到的干扰因素更丰富。因此两轮自平衡小车是研究各种控制算法性能的理想平台。本文设计的两轮自平衡小车控制系统，采用MMA7260三轴高灵敏度加速度传感器作为自平衡小车的姿态传感元件．采用呲12C5A60S2单片机作为主控制器运行控制算法。采用也98作为电机控制芯片。实现对车轮驱动直流电机的控制。srcl2c5A60s2单片机最高允许的晶振频

6、率达35MHz，运算速度较快，同时还集成了AD转换器和PWM输入功能．大大简化了与MMA7260模收稿日期：2011廿19芝耋：，：扬继志’高级工程师。主要研究领域：工业自动I化控翻。l144拟信号的连接和对直流电机的控制电路，使用方便。为了方便各种控制算法上机试验，本文还对与硬件相关的传感器输入和电机控制输出代码进行了分离和封装。简化了程序设计工作，使重点集中在控制算法的研究上。1系统硬件设计整个系统以MMA7260及单片机为核心进行电路的设计。控制芯片采用吼12C5A60S2单片机。MMA7260检测到的两轮自平衡小车姿态信号，以模拟量电压的方式传送给单片机．单片机对读

7、入的小车姿态数据作为执行控制算法的输入，经过计算后，将控制信号传送给L298放大用以控制直流电机的运动，实现自平衡小车的姿态控制。本系统采用的Sl'c12C5A60s2是高速，低功耗，超强抗干扰的新一代8051单片机。指令代码完全兼容传统805l，但速度快8一12倍。内部集成MAX8lO专用复位电路．具有2路PWM，8路高速10位A，D转换器。非常便于接收传感器的模拟信号和控制小功率直流电机。并且单片机有ISP(In奄yst咖P功{即mming)在系统可编程功能．非常便于单片机小型程序的调试和控制参数调试。·测试与