两轮自平衡电动车与其电机控制器设计

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1、ELECTRICDRIVE2O11Vo1．41No．11电气传动201i年第41卷第11期两轮自平衡电动车及其电机控制器设计王陆军，许勇(桂林电子科技大学计算机科学与工程学院，广西桂林541OO4)摘要：两轮自平衡电动车的平衡原理源自倒立摆模型，为研制两轮自平衡电动车设计了一套两轮自平衡电动车的方案，并采用MC33035和PIC18F4580为主控芯片为两轮自平衡电动车设计了一个电机控制器，通过实验样车和控制器电路的设计、制作和实测实验，结果表明样车和控制器设计均结构简单、控制性能良好，能够满足

2、两轮自平衡电动车下一步的研究使用要求。关键词：两轮自平衡电动车；无刷直流电机；控制器中图分类号：TM33，TP273文献标识码：ADesignofTwo—wheeledSelfBalancingElectricVehicleandMotorControllerWANGLu—jun，XUYong(ComputerScienceandEngineeringInstitute，GuilinUniversityofElectronicTechnology，Guilin541004，Guangxi，Chi

3、na)Abstract：Adesignoftwo—wheeledselfbalancingelectricvehiclewasgivenbasedonthetheoryofinvertedpen—dulum．AlsoacontrollerwasdesignedbyusingMC33035andPIC18F4580．BythevehicleandthecircuitSdesig—ning，productionanddebugging，itisprovedthatboththevehicleandc

4、ontrollerareexcellentsystemswithsin—glestructureandefficientcontrollingfeature，canmeettherequirementsoffurtherstudy．Keywords：two—wheeledselfbalancingelectricvehicle；brushlessDCmotor；controller长度)；M为小车的质量；m为倒立摆末端的点质1引言量；g为重力常数；控制输入F为施加于小车上的两轮自平衡电动车采用左

5、右平行双轮布置的力；b为小车摩擦系数；，为摆杆惯量l_】]。结构，可以承载站立在车体平台上的驾驶者，在保由于两轮自平衡电动车的双轮平行布置在车持平衡的状态下在多种路面上行驶。两轮自平衡体的左右两端，且载人时重心在双轮轴心正上方，电动车性能优越，但售价高昂，在美国的价格也要所以它相当于一个倒立摆，是不稳定体，车体总是5000美元左右，几乎可以购买一辆微型轿车。要向前或向后倾倒。当检测到车体向前倾斜时，通本文给出了一个成本相对较低的两轮自平衡电过让电机加速旋转来产生一个向前的加速度，这个动车设计方案

6、，并使用MC33035和PIC18F4580设计加速度使得在双轮轴心上方的重心向后摆动，这就了其控制器，该方案通过驱动24V轮毂一体式三抵消了车体的向前倾斜，使车体的重心回到两轮中相无刷直流电机对两轮自平衡电动车的行进速度心轴的正上方，从而在竖直方向保持平衡。这一平进行实时控制以实现车体平衡。衡是动态的，为保持车体竖直不倒，必须不断检测车体倾斜姿态，根据倾斜状况驱动电机前进或后2两轮自平衡电动车平衡原理退，来克服重心偏移现象，保持车体平衡。两轮自平衡电动车的平衡原理来自于倒立摆3两轮自平衡电动车

7、设计方案模型，倒立摆系统的动态方程如下：f(M+m)+b圣+mlCOS—m&osin—F本文设计的两轮自平衡电动车设计框图见图1(工+ml)+mglsin~o=mlCOS1，整车包括6大部分：传感器模块、运算模块、电式中：为倒立摆相对与垂直方向的角位移；z为机控制驱动模块、电机、蓄电池、车厢及其它附件。小车的位置；z为摆长(摆杆转动轴心到杆质心的设计的总体要求是性能稳定、使用和维护方便、价作者简介：王陆军(1973一)，男，硕士研究生，Email：wanglujungl@163．corn41电气

8、传动2011年第41卷第11期王陆军，等：两轮自平衡电动车及其电机控制器设计格低廉。状态。水平度数据使用加速度计来测量。3．2运算模块操作者显示模块PIC18F4580是Microchip公司推出的一款高性能闪存型单片机，它采用RISC结构，最高可车l倾角lI转角ll水平度体I传感II传感lI传感以在40MHz的高速频率下工作，能够满足两轮自平衡电动车运算模块的性能需求_2]。车体状态运算运算模块包括车体状态运算和平衡控制运算平衡控制运算2个部分。车体状态运算主要是将各传感器测量的数据加以融合得