两轮自平衡电动车的平衡研究与实现

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1、分类号密级UDC编号桂林电子科技大学硕士学位论文题目：两轮自平衡电动车的平衡研究与实现(英文)StudyandImplementationofBalanceforTwo-wheeledSelfBalancingElectricVehicle研究生姓名：夏圣指导教师姓名、职务：许勇（教授）申请学科门类：工科学科、专业：模式识别与智能系统提交论文日期：2011年4月论文答辩时间：2011年6月17日2011年6月17日万方数据独创性（或创新性）声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除

2、了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得桂林电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解桂林电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属桂林电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为桂林电子科

3、技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（保密的论文在解密后遵守此规定）本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。本人签名：日期：导师签名：日期：万方数据摘要摘要本文所研究的对象是两轮自平衡电动车，其工作原理是通过传感系统感知车体姿态，再由控制系统对车体姿态信息进行运算处理，从而通过控制驱动系统，使车体在运行中达到动态平衡。目前，国内外虽然已有部分成熟产品面市，但由于两轮自平衡电动车系统集平衡控制方法、陀螺仪、加速度计等多传感器的

4、测量和数据融合技术、实时信息传输和高效的信息计算处理技术、动力蓄电池技术等多项高新科技应用于一体，使得其市场价格居高不下，特别是由于一定程度的技术垄断，目前这一技术还没有得到广泛的推广。基于此，本文尝试应用通用器件结合软件补偿手段实现两轮自平衡电动车的基本功能。本文在对两轮自平衡电动车进行研究设计的过程中，完成了以下主要工作：(1)根据车体机械系统的结构特点进行分析，在对其进行运动学及动力学分析的基础上建立了车体数学模型。(2)主要针对于陀螺仪与加速度计的不同输出特性，设计了一种基于权重系数的数字互补滤波器。通过对陀螺仪与加速

5、度计的数据进行数据融合处理，有效的弥补了中低端惯性传感器精度低，噪声大的缺陷，实现了低成本的姿态检测系统。(3)设计了基于状态空间极点配置控制器与线性二次最优LQR控制器。通过Simulink建立了系统仿真控制模型，并对两种控制器进行了对比，理论验证了控制器的控制性能。(4)完成了相关硬件电路的设计与软件系统的编程。(5)进行了姿态传感器数据融合实验、控制器平衡控制实验。再次验证了数据融合算法与平衡控制算法的正确性和有效性。关键词：两轮自平衡电动车；陀螺仪；加速度计；数字互补滤波器；数据融合；平衡控制-I-万方数据Abstra

6、ctAbstractThispaperstudiesontwo-wheeledselfbalancingelectricvehicle.Itsbodypostureisperceivedbysensingsystem,thentheinformationisextractedandprocessedbycontrolsystem,withcontrollingthedrivesystem,thusthevehicleiskeepingbalanceddynamicallywhenrunning.Atpresent,thereh

7、asbeensomematureproductsinthemarketathomeandabroadwithhighpricenormally,plussomekindsoftechnologymonopolyatthemoment,thewideapplicationsofthevehicleislimited.Thesystemoftwo-wheeledselfbalancingelectricvehicleinvolvesalotofnewandhightechnologysuchasbalancecontrolmeth

8、od,multi-sensormeasurementasgyroscopeandaccelerometer,datafusion,real-timeinformationtransmission,efficientinformationcalculationandproces