基于积分分离PID控制的自平衡小车设计-论文.pdf

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1、第3O卷第2期西南科技大学学报V0l_30No．22015年6月JournalofSouthwestUniversityofScienceandTechnologyJune2015基于积分分离PID控制的自平衡小车设计蒋龙罗亮王欣(西南科技大学信息工程学院四川绵阳621010)摘要：以STM32F103VET6作为控制核心芯片，采用带加速度计的陀螺仪MPU6050构成小车姿态检测装置，采用双路驱动器TB6612FNG驱动带数字编码器的直流电机搭建了自平衡小车系统。采用积分分离式PID算法实现了车身平衡的快速稳定控制。经实验证明积分分离式PID算法

2、能够快速、稳定地控制小车系统达到平衡状态。关键词：积分分离式PID平衡小车姿态检测中图分类号：TP13文献标志码：A文章编号：1671—8755(2015)02—0088—05IntegralSeparationPIDControlBasedonSelf——balancedCarDesignJIANGLong，LUOLiang，WANGXin(SchoolofInformationScienceandEngineering，SouthwestUniversityofScienceandTechnology，Mianyang621010，Sichu

3、an，China)Abstract：BasedSTM32F103VET6controlcorechip，withaccelerometergyroscopeMPU6050constitutetrolleyposturedetectiondevice，withdualdriveTB6612FNGdrivewithdigitalencodersDCmotoraself—balancedcarsystemwasbuilt．IntegralseparatePIDalgorithmwasusedtoachievearapidandstablecontrol

4、ofbodybalance．TheexperimentaltestingindicateintegralseparationPIDalgorithmcanquicklyandstablycontrolthecarsystemtoreachequilibrium．Keywords：IntegralseparatePID；Balancedcar；Attitudedetection两轮自平衡小车是一种典型的欠驱动系统(an—对控制器的要求也不高。deractuatedsystem)、非完整系统(nonholonomicsys—1系统总体设计tern)，

5、其核心问题是对小车的平衡控制和运动控制⋯。常见的平衡小车控制算法有普通PID算法、系统总体设计框图和实物图如图1所示，自动模糊控制算法和神经网络算法等J。．普通的PID平衡小车系统主要由陀螺仪MPU6050、驱动器算法能够有效实现小车系统的平衡控制，但当小车TB6612FNG、控制器STM32F103ZET6和带编码器的系统的倾角比较大时，算法速度很容易跟不上，导致直流电机组成。小车系统采用两块7．5V锂电池串小车趋于发散状态，以至于无法维持自身的平衡状联，利用LM2578和LM2576分别把串联电压转换为态；模糊控制算法和神经网络算法在一定程度

6、上可l2V和5V电压给系统供电。以解决这一问题，但在线运算时需要控制器提供大小车系统的主控制器通过定时器中断，利用量的内存存储数据，对控制器的性能要求特别高。Ic协议读取陀螺仪MPU6050检测的姿态信息，并基于以上控制算法的不足，本文采用了积分分离式经过主控器的卡尔曼滤波和数据融合处理后，与串PID算法对小车进行控制，使其可在大范围倾角内口通信，把姿态信息实时显示在上位机上，采用积分快速达到平衡，并且该算法占用主控芯片内存不大，分离式PID算法控制定时器输出PWM波形，再利收稿日期：2015—02—11基金项目：西南科技大学教改试点班“电子设计

7、竞赛大学生创新实践班”项目资助(190004)。作者简介：蒋龙(1993～)，男，本科生，专业方向为自动化。E—mail：1417700745@qq．com第2期蒋龙，等：基于积分分离PID控制的自平衡小车设计89用双路驱动器TB6612FNG驱动电机。小车系统采测信息，同时也便于积分分离式PID算法的参数整用带光栅编码器测速的直流电机，通过光栅测速把定；串口通信还可以把控制小车系统稳定的时间，即电机速度反馈给控制器，形成负反馈控制系统。本调节时间显示在上位机上，为测试实验指标提供一系统的主控制器通过串口实时向上位机发送姿态检定的实验条件。图1系

8、统总体设计框图和实物图Fig．1Overallsystemdesigndiagramandphysicalmap每通道输出最高1．2A的