两轮自平衡小车系统

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1、两轮自平衡小车系统??．IS272，户夕l多参未硕士学位论文两轮自平衡小车系统Two-WheelVehicleSelf-balancingSystem作者：李凡红导师：董春北京交通大学2010年6月，’、．学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明导师签名：签字日期：●l●-●●。--T中图分类号：TPl3学校代码：10004UDC：621密级：公开北京交通大学

2、硕士学位论文两轮自平衡小车系统Two―WheelVehicleSelf-balancingSystem作者姓名：李凡红学号：08121968导师姓名：董春职称：副教授学位类别：工科学位级别：硕士学科专业：电气工程研究方向：电力电子与电力传动北京交通大学2010年6月，．1-_-◆致谢本论文是在导师董春老师的悉心指导下完成的。在研一的学习过程中，导师的科研能力、学识水平、治学态度、创新性的思维给我留下了深刻的印象。他那渊博的知识和孜孜不倦的工作热情始终体现在每一天、每一个项目中，伴随着我前行的步伐，我感觉每天都在进步，每天都能学到知识，并且还能学到一些课本以外的

3、知识，这些都使我受益匪浅。研二阶段，董春老师带我在多个大赛和会议上参观学习，以便我能更好的把理论结合到实际中去。学习上，董老师为我选定了论文的方向，时刻关注我论文的进展情况，对我学习中遇到的困难进行指导和帮助。生活上，为我提供了丰厚的条件。董春老师严谨的科研、朴实的为人、勤奋的工作态度给我留下了深刻的印象。还需要提到的是导师对我的关心和爱护，他时刻关心我们的学习和生活，教导我们做人的原则，教给我们做事的本领，再次，我向导师董春老师表示深深’的谢意!在论文撰写期间，张思博、袁帅、石岫、梁丽娟和谢力等同学对我论文中的部分研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感

4、激之情。特别感谢我的父母他们多年来对我辛苦的抚养和无私的爱，他们的爱护和支持，为我提供了克服一切困难、向前迈进的动力。感谢我的女朋友庄秋月，感谢．她的理解和支持，让我能够专心完成我的学业。最后衷心感谢评审论文的各位专家老师!’t中文摘要中文摘要摘要：本质不稳定两轮小车是一种特殊轮式移动机器人，其动力学系统具有多变量、非线性、强耦合、参数不确定性等特性，是研究各种控制方法的一个理想平台。其体积小、结构简单、运动灵活，适于在狭小和危险的空间内工作，在民用和军事上有着广泛的应用前景；本课题旨在研制一种两轮自平衡小车。该系统是一种两轮左右平行布置的，像传统的倒立摆一样

5、，本身是一个自然不稳定体，必须施加强有力的控制手段才能使之稳定。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。本文在总结和归纳国内外两轮自平衡小车的研究现状后，在缺少所需的成形的实验对象的情况下，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。陀螺仪存在漂移的问题及加速度计的动态响应慢，对于系统的姿态检测而言，单独使用陀螺仪或者加速度计，都不能提供有效和可靠的信息来反映车体的

6、实时状态。本文对传感器两者所采集的数据进行了优化处理，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。由于实际的小车本体未加工完成，不能在此基础上进行其控制算法的研究。为了提前研究其控制策略同时缩短设计周期，本文选用LEGO机器人为试验平台，搭建所需的小车模型，利用牛顿运动定律对该系统进行数学建模，并对其线性化处理，得到相应的状态方程。在此基础之上详细介绍了两种不同的控制策略，即PID技术和极点配置技术，并通过实验来验证了极点配置方法对该系统有更好的控制效果。关键词：两轮自平衡小车；陀螺仪；加速度计；复合互补型滤波器；dsPIC单片机；PI

7、D控制；极点配置●’ABSTRACTABSTRACTkindofABSTRACT：nlenaturalunstabletwo．wheelvehicleisawheeledspecialmobilerobot．Itsaredynamicsequationscouplinganduncertainetc．SoitisidealthatvariouscontrolmethodsarestudiedonparametersthisrobotissmallinmechanismandCallmakeaflexiblemotion．Soitisplatform．nleai

8、nfitfortasksinnarro