本文關鍵詞：兩輪自平衡車系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

  更多相關文章： 載人平衡車 STM32 卡爾曼濾波 PID控制

【摘要】：在交通和環(huán)境問題日益突出的當今,作為適合多種場合使用的代步工具,載人平衡車具有使用簡單、節(jié)能環(huán)保、運動靈活等特點,尤其在狹小地帶更具有明顯的優(yōu)勢,從而獲得廣泛關注。作為一個非線性的對稱系統(tǒng),其原理和傳統(tǒng)的倒立擺類似,本身是一個自然不穩(wěn)定體。本文在對載人平衡車研究的基礎上,提出一種設計方案并對其相關模塊進行設計。本文通過都對國內外研究現(xiàn)狀進行總結,分析了載人平衡車的原理和控制特點,提出了載人平衡車的系統(tǒng)組成,介紹了平衡車系統(tǒng)的機械結構并設計了以STM32為主控制器的硬件電路部分,并詳細論述了各模塊的設計思路。其中電機驅動系統(tǒng)作為載人平衡車的核心部分,本文選擇H橋驅動電路,采用IR2184驅動芯片驅動電機,利用不同對角線MOS管的導通實現(xiàn)調節(jié)電機的正反轉,通過控制PWM輸出控制電機轉速。為了防止燒壞電機,還添加了電流傳感器電路對電機進行實時保護。還設計了以光電編碼器和STM32為核心的電機測速系統(tǒng)。對于姿態(tài)傳感器,為了彌補陀螺儀和加速度計各自的缺陷,采用陀螺儀和加速度相結合的姿態(tài)測量方法,并通過卡爾曼濾波方法來對陀螺儀和加速度計的輸出信號進行融合,通過仿真驗證了卡爾曼濾波的有效性,得到了更優(yōu)的傾角值。對于載人平衡車的轉向問題,增加了轉向器電路從而實現(xiàn)了小車的轉向功能;在踏板上安裝了踏板開關,控制核心電路的電源通斷;利用無線通信模塊完成了和上位機的數(shù)據傳輸。在控制算法方面,通過PID控制車體的角度和角速度,對雙閉環(huán)數(shù)字PID控制技術做了相應的研究,最后將控制算法轉化成相應的程序代碼,并完成了卡爾曼濾波算法、電機測速和AD轉換等軟件代碼的設計,從而實現(xiàn)了載人平衡車的整體設計。
【關鍵詞】：載人平衡車 STM32 卡爾曼濾波 PID控制
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U48
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 研究目的及意義10-11
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀及分析11-15
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國內研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 本文主要研究內容15-16
• 第2章 系統(tǒng)的控制原理及技術16-21
• 2.1 兩輪平衡車的基本原理16-17
• 2.2 兩輪平衡車的控制特點17-18
• 2.2.1 平衡控制17
• 2.2.2 速度控制17-18
• 2.2.3 方向控制18
• 2.3 自平衡車的控制算法18-20
• 2.4 本章小結20-21
• 第3章 系統(tǒng)的機械結構及硬件設計21-30
• 3.1 引言21
• 3.2 系統(tǒng)的機械結構21-22
• 3.3 控制系統(tǒng)的硬件設計22-28
• 3.3.1 主控制電路23-24
• 3.3.2 電源轉換電路24-25
• 3.3.3 H橋電機驅動電路25-27
• 3.3.4 電流傳感器電路27
• 3.3.5 無線傳輸模塊27-28
• 3.3.6 AD采樣接口的設計28
• 3.4 本章小結28-30
• 第4章 姿態(tài)感應系統(tǒng)的設計30-40
• 4.1 引言30
• 4.2 姿態(tài)傳感器模塊30-33
• 4.2.1 加速度計31-32
• 4.2.2 陀螺儀32-33
• 4.3 濾波器的選擇33-35
• 4.3.1 卡爾曼濾波33-34
• 4.3.2 復合互補型濾波34-35
• 4.4 基于卡爾曼濾波的傳感器數(shù)據融合35-39
• 4.4.1 卡爾曼濾波的原理35-36
• 4.4.2 濾波器的設計36-37
• 4.4.3 卡爾曼濾波的效果37-39
• 4.5 本章小結39-40
• 第5章 系統(tǒng)的軟件設計40-53
• 5.1 引言40
• 5.2 軟件的總體設計40-41
• 5.3 初始化和主循環(huán)程序41-42
• 5.4 卡爾曼濾波程序設計42-45
• 5.5 實時轉速計算程序的設計45-48
• 5.6 雙閉環(huán)PID算法程序的設計48-51
• 5.7 AD采樣程序的設計51-52
• 5.8 本章小結52-53
• 結論53-54
• 參考文獻54-57
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文57-58
• 致謝58

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前5條

1 楊慧;王富東;;自平衡兩輪移動機器人的LQR控制策略研究[J];工業(yè)控制計算機;2012年06期

2 錢華明;夏全喜;闕興濤;張強;;基于Kalman濾波的MEMS陀螺儀濾波算法[J];哈爾濱工程大學學報;2010年09期

3 曹青松;黎林;;具時滯單級倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析[J];煤礦機械;2009年04期

4 譚盧敏;馮新剛;;MEMS陀螺儀在檢測小車運動狀態(tài)中的應用[J];科技廣場;2009年01期

5 霍貝;Kalman線性濾波在非線性動態(tài)系統(tǒng)中的運用[J];雷達與對抗;2003年02期

中國碩士學位論文全文數(shù)據庫 前1條

1 胡艷麗;基于模糊PID的橋式起重機防擺控制研究[D];河南理工大學;2010年

，

本文編號：1097220