两轮直立智能车设计

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1、计算机控制技术课程设计成绩评定表设计课题两轮直立代步车控制器设计学院名称：电气工程学院专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计地点：31-503设计时间：2012-06-11～2011-06-15指导教师意见：成绩:签名：年月日计算机控制技术课程设计课程设计名称：两轮直立代步车控制器设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：课程设计地点：31-503课程设计时间：2011-06-11～2011-06-15计算机控制技术课程设计任务书学生姓名专业班级学号题目两轮直立代步车控制器设计课题性质工程设计课题来源自拟指导教

2、师臧海河主要内容（参数）利用S12G128设计两轮直立代步车控制系统，实现以下功能：1．系统启动时，控制电机使系统保持平衡；2．当按下前进或后退按钮时，系统保持一顶的倾角前进或后退；3．按下左右方向按钮时，通过电机差速来调整方向；4．按下停止按钮时，电机减速运行至停止，并保持系统直立；任务要求（进度）第1天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。第2天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。第3天：软件设计，编写程序。第4-5天：

3、撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、语言流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅不少于6000字。主要参考资料[1]张迎新．单片微型计算机原理、应用及接口技术（第2版）[M]．北京：国防工业出版社，2004[2]熊志奇．微机自动配料控制系统[J]．电子技术应用，1997，(10)：30-32[4]唐介，电机与拖动（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2007[5]阎石，数字电子技术基础（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2005[6]胡寿松，自动控制原理（第二版）[M].北京：科学出版社，2007审

4、查意见系（教研室）主任签字：年月日目录1引言32总体方案设计42.1硬件组成42.2整体电路框图42.3直立任务分解42.4平衡控制52.5角度和角速度测量52.4速度控制72.5方向控制93硬件电路设计93.1单片机及其外围电路93.2控制电路划分为如下子模块：104系统软件设计134.1主程序设计134.2控制相关的软件函数：144.3中断服务程序155总结15参考文献15附录A电路图161引言两轮自平衡电动代步车是一种两轮左右并行布置结构的具有自平衡系统的电动车。利用倒立摆控制原理，使车体始终保持平衡。在

5、车体内嵌入式CPU的控制下，采集平衡传感器以及速度、加速度传感器的数据，通过建立的系统数学模型和控制算法，计算输出PWM信号，自动控制两个伺服电机的转矩，使车体保持平衡并能够根据人体重心的偏移，自动前进、后退及转弯。2总体方案设计2.1硬件组成按两轮自平衡电动代步车控制系统的技术要求，控制系统的硬件应包括以下几部分：（1）控制器。作为控制系统的核心，采用S12G128单片机控制各个模块。（2）速度检测通道。将运动量转换为数字量，送给单片机，直接读取当前速度。（3）控制输出通道。控制器输出的控制信号传送给电机，控

6、制电机的正反转和速度。（4）加速度检测通道。将电机角加速度转换为电信号。（5）角度检测通道。将系统倾角转换为电信号。2.2整体电路框图图2.1总体控制框图2.3直立任务分解（1）控制平衡：通过控制两个电机正反向运动保持车模直立平衡状态；（2）速度控制：通过调节车模的倾角来实现车模速度控制，实际上最后还是演变成通过控制电机的转速来实现车轮速度的控制。（3）控制方向：通过控制两个电机之间的转动差速实现车模转向控制。车的直立和方向控制任务都是直接通过控制车的两个后轮驱动电机完成的。假设电机可以虚拟地拆解成两个不同功能

7、的驱动电机，它们同轴相连，分别控制系统的直立平衡、左右方向。在实际控制中，是将控制直立和方向的控制信号叠加在一起加载电机上，只要电机处于线性状态就可以同时完成上面两个任务。速度是通过调节车模倾角来完成的。不同的倾角会引起车的加减速，从而达到对于速度的控制。2.4平衡控制重力场中使用细线悬挂着重物经过简化便形成理想化的单摆模型。直立着的车可以看成放置在可以左右移动平台上的倒立着的单摆。当物体离开垂直的平衡位置之后，便会受到重力与悬线的作用合力，驱动重物回复平衡位置。这个力称之为回复力，在偏移角度很小的情况下，回复

8、力与偏移的角度之间大小成正比，方向相反。在此回复力作用下，单摆便进行周期运动。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。阻尼力越大，单摆越会尽快在垂直位置稳定下来。总结单摆能够稳定在垂直位置的条件有两个：（1）受到与位移（角度）相反的恢复力；（2）受到与运动速度（角速度）相反的阻尼力。通过类比倒立摆可得到了车直立