本文關(guān)鍵詞：兩輪自平衡車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)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(wèn)題日益突出的當(dāng)今,作為適合多種場(chǎng)合使用的代步工具,載人平衡車具有使用簡(jiǎn)單、節(jié)能環(huán)保、運(yùn)動(dòng)靈活等特點(diǎn),尤其在狹小地帶更具有明顯的優(yōu)勢(shì),從而獲得廣泛關(guān)注。作為一個(gè)非線性的對(duì)稱系統(tǒng),其原理和傳統(tǒng)的倒立擺類似,本身是一個(gè)自然不穩(wěn)定體。本文在對(duì)載人平衡車研究的基礎(chǔ)上,提出一種設(shè)計(jì)方案并對(duì)其相關(guān)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文通過(guò)都對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié),分析了載人平衡車的原理和控制特點(diǎn),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(jī)械結(jié)構(gòu)并設(shè)計(jì)了以STM32為主控制器的硬件電路部分,并詳細(xì)論述了各模塊的設(shè)計(jì)思路。其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為載人平衡車的核心部分,本文選擇H橋驅(qū)動(dòng)電路,采用IR2184驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī),利用不同對(duì)角線MOS管的導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電機(jī)的正反轉(zhuǎn),通過(guò)控制PWM輸出控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。為了防止燒壞電機(jī),還添加了電流傳感器電路對(duì)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)。還設(shè)計(jì)了以光電編碼器和STM32為核心的電機(jī)測(cè)速系統(tǒng)。對(duì)于姿態(tài)傳感器,為了彌補(bǔ)陀螺儀和加速度計(jì)各自的缺陷,采用陀螺儀和加速度相結(jié)合的姿態(tài)測(cè)量方法,并通過(guò)卡爾曼濾波方法來(lái)對(duì)陀螺儀和加速度計(jì)的輸出信號(hào)進(jìn)行融合,通過(guò)仿真驗(yàn)證了卡爾曼濾波的有效性,得到了更優(yōu)的傾角值。對(duì)于載人平衡車的轉(zhuǎn)向問(wèn)題,增加了轉(zhuǎn)向器電路從而實(shí)現(xiàn)了小車的轉(zhuǎn)向功能;在踏板上安裝了踏板開(kāi)關(guān),控制核心電路的電源通斷;利用無(wú)線通信模塊完成了和上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。在控制算法方面,通過(guò)PID控制車體的角度和角速度,對(duì)雙閉環(huán)數(shù)字PID控制技術(shù)做了相應(yīng)的研究,最后將控制算法轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的程序代碼,并完成了卡爾曼濾波算法、電機(jī)測(cè)速和AD轉(zhuǎn)換等軟件代碼的設(shè)計(jì),從而實(shí)現(xiàn)了載人平衡車的整體設(shè)計(jì)。
【關(guān)鍵詞】：載人平衡車 STM32 卡爾曼濾波 PID控制
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析11-15
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容15-16
• 第2章 系統(tǒng)的控制原理及技術(shù)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(diǎn)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(jié)20-21
• 第3章 系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計(jì)21-30
• 3.1 引言21
• 3.2 系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)21-22
• 3.3 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)22-28
• 3.3.1 主控制電路23-24
• 3.3.2 電源轉(zhuǎn)換電路24-25
• 3.3.3 H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路25-27
• 3.3.4 電流傳感器電路27
• 3.3.5 無(wú)線傳輸模塊27-28
• 3.3.6 AD采樣接口的設(shè)計(jì)28
• 3.4 本章小結(jié)28-30
• 第4章 姿態(tài)感應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)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(fù)合互補(bǔ)型濾波34-35
• 4.4 基于卡爾曼濾波的傳感器數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)36-37
• 4.4.3 卡爾曼濾波的效果37-39
• 4.5 本章小結(jié)39-40
• 第5章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)40-53
• 5.1 引言40
• 5.2 軟件的總體設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)42-45
• 5.5 實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速計(jì)算程序的設(shè)計(jì)45-48
• 5.6 雙閉環(huán)PID算法程序的設(shè)計(jì)48-51
• 5.7 AD采樣程序的設(shè)計(jì)51-52
• 5.8 本章小結(jié)52-53
• 結(jié)論53-54
• 參考文獻(xiàn)54-57
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文57-58
• 致謝58

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

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

2 錢華明;夏全喜;闕興濤;張強(qiáng);;基于Kalman濾波的MEMS陀螺儀濾波算法[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào);2010年09期

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

4 譚盧敏;馮新剛;;MEMS陀螺儀在檢測(cè)小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中的應(yīng)用[J];科技廣場(chǎng);2009年01期

5 霍貝;Kalman線性濾波在非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中的運(yùn)用[J];雷達(dá)與對(duì)抗;2003年02期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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

，

本文編號(hào)：1097220