發(fā)布時(shí)間：2023-04-26 18:21

　　兩輪式自平衡車系統(tǒng)一方面具有非線性、多變量、強(qiáng)耦合、參數(shù)不確定等特征,可以作為研究控制方法處理能力的典型裝置。另一方面,又具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動靈活、反映迅速,零角度下實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)等特點(diǎn),能夠很好完成在適宜環(huán)境下的任務(wù)處理。所以本課題以變載荷作用下的兩輪式自平衡車移動機(jī)器人作為研究對象,研究其功能實(shí)現(xiàn)和任務(wù)處理過程。根據(jù)對當(dāng)前自平衡車系統(tǒng)研究現(xiàn)狀的仔細(xì)分析和總結(jié),確定了課題未來研究方向和研究重點(diǎn),尋找研究的創(chuàng)新點(diǎn)。同時(shí)借鑒于自平衡代步車的設(shè)計(jì)思路與相關(guān)經(jīng)驗(yàn)總結(jié),制定出了本課題的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和目標(biāo)�？傮w來講,本課題的重點(diǎn)研究內(nèi)容分為四個部分。第一,相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)的原理分析和對自平衡車體簡化的數(shù)學(xué)模型分析,建立關(guān)于車身傾角的傳遞函數(shù),并利用MATLAB作出傾角在階躍輸入狀態(tài)下的時(shí)域響應(yīng)曲線。第二,依據(jù)理論分析和任務(wù)處理目標(biāo),選擇使用PID控制算法來作為系統(tǒng)的控制策略。結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)初調(diào),確定相應(yīng)PID參數(shù)的取值范圍。第三,設(shè)計(jì)并搭建自平衡車體的機(jī)械結(jié)構(gòu)、硬件和軟件系統(tǒng)。畫出車體的三維圖和PCB圖,并設(shè)計(jì)出基于安卓平臺的APP來實(shí)現(xiàn)無線遙控,通過藍(lán)牙發(fā)送給設(shè)備端自平衡車功能指令與實(shí)現(xiàn)在線試調(diào)...

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
1 緒論
    1.1 兩輪自平衡車課題研究背景和意義
        1.1.1 課題研究背景
        1.1.2 課題研究意義
    1.2 兩輪自平衡車的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 兩輪自平衡車的關(guān)鍵技術(shù)
    1.4 課題主要研究內(nèi)容
    1.5 本章小結(jié)
2 系統(tǒng)原理介紹與模型分析
    2.1 自平衡車的控制原理
        2.1.1 直立控制原理
        2.1.2 速度控制原理
        2.1.3 轉(zhuǎn)向控制原理
    2.2 APP數(shù)據(jù)傳輸原理
        2.2.1 藍(lán)牙無線通信協(xié)議
        2.2.2 手機(jī)APP功能實(shí)現(xiàn)原理
    2.3 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和實(shí)體模型分析
        2.3.1 車體的數(shù)學(xué)模型分析
        2.3.2 變載荷裝置的實(shí)體模型分析
    2.4 本章小結(jié)
3 基于PID算法的控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
    3.1 PID控制原理
    3.2 PID參數(shù)整定方法
    3.3 控制系統(tǒng)PID參數(shù)初調(diào)
        3.3.1 直立參數(shù)初調(diào)
        3.3.2 速度參數(shù)初調(diào)
        3.3.3 轉(zhuǎn)向參數(shù)確定
    3.4 本章小結(jié)
4 自平衡車控制系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)
    4.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        4.1.1 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)
        4.1.2 電機(jī)驅(qū)動模塊設(shè)計(jì)
        4.1.3 電源降壓模塊設(shè)計(jì)
        4.1.4 傳感器電路設(shè)計(jì)
        4.1.5 拓展功能設(shè)計(jì)
    4.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        4.2.1 控制板主程序設(shè)計(jì)
        4.2.2 電機(jī)驅(qū)動程序設(shè)計(jì)
        4.2.3 手機(jī)APP程序設(shè)計(jì)
    4.3 傳感器數(shù)據(jù)處理算法
        4.3.1 編碼器速度檢測
        4.3.2 姿態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)融合
    4.4 本章小結(jié)
5 自平衡車平臺實(shí)驗(yàn)分析
    5.1 實(shí)驗(yàn)平臺
        5.1.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作
        5.1.2 車體平臺搭建
    5.2 空載自平衡車實(shí)驗(yàn)
        5.2.1 直立控制K_d參數(shù)取值實(shí)驗(yàn)
        5.2.2 速度控制K_P參數(shù)取值實(shí)驗(yàn)
        5.2.3 獲取姿態(tài)角的算法選擇實(shí)驗(yàn)
    5.3 負(fù)載自平衡車實(shí)驗(yàn)
        5.3.1 負(fù)載自平衡車性能測試
        5.3.2 負(fù)載自平衡車功能實(shí)驗(yàn)
    5.4 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄
    A.作者在攻讀碩士期間取得的科研成果
    B.硬件系統(tǒng)原理圖和PCB圖
    C.自平衡車模型的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖
    D.相關(guān)算法程序



本文編號：3801977