發(fā)布時間：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、結構簡單、運動靈活、反映迅速,零角度下實現(xiàn)回轉等特點,能夠很好完成在適宜環(huán)境下的任務處理。所以本課題以變載荷作用下的兩輪式自平衡車移動機器人作為研究對象,研究其功能實現(xiàn)和任務處理過程。根據(jù)對當前自平衡車系統(tǒng)研究現(xiàn)狀的仔細分析和總結,確定了課題未來研究方向和研究重點,尋找研究的創(chuàng)新點。同時借鑒于自平衡代步車的設計思路與相關經(jīng)驗總結,制定出了本課題的實驗計劃和目標。總體來講,本課題的重點研究內容分為四個部分。第一,相關功能實現(xiàn)的原理分析和對自平衡車體簡化的數(shù)學模型分析,建立關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)下的時域響應曲線。第二,依據(jù)理論分析和任務處理目標,選擇使用PID控制算法來作為系統(tǒng)的控制策略。結合相關實驗進行參數(shù)初調,確定相應PID參數(shù)的取值范圍。第三,設計并搭建自平衡車體的機械結構、硬件和軟件系統(tǒng)。畫出車體的三維圖和PCB圖,并設計出基于安卓平臺的APP來實現(xiàn)無線遙控,通過藍牙發(fā)送給設備端自平衡車功能指令與實現(xiàn)在線試調...

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學位級別】：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 國內研究現(xiàn)狀
    1.3 兩輪自平衡車的關鍵技術
    1.4 課題主要研究內容
    1.5 本章小結
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 轉向控制原理
    2.2 APP數(shù)據(jù)傳輸原理
        2.2.1 藍牙無線通信協(xié)議
        2.2.2 手機APP功能實現(xiàn)原理
    2.3 系統(tǒng)的數(shù)學模型和實體模型分析
        2.3.1 車體的數(shù)學模型分析
        2.3.2 變載荷裝置的實體模型分析
    2.4 本章小結
3 基于PID算法的控制系統(tǒng)方案設計
    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
        3.3.1 直立參數(shù)初調
        3.3.2 速度參數(shù)初調
        3.3.3 轉向參數(shù)確定
    3.4 本章小結
4 自平衡車控制系統(tǒng)的詳細設計
    4.1 硬件系統(tǒng)設計
        4.1.1 最小系統(tǒng)電路設計
        4.1.2 電機驅動模塊設計
        4.1.3 電源降壓模塊設計
        4.1.4 傳感器電路設計
        4.1.5 拓展功能設計
    4.2 軟件系統(tǒng)設計
        4.2.1 控制板主程序設計
        4.2.2 電機驅動程序設計
        4.2.3 手機APP程序設計
    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
5 自平衡車平臺實驗分析
    5.1 實驗平臺
        5.1.1 實驗準備工作
        5.1.2 車體平臺搭建
    5.2 空載自平衡車實驗
        5.2.1 直立控制K_d參數(shù)取值實驗
        5.2.2 速度控制K_P參數(shù)取值實驗
        5.2.3 獲取姿態(tài)角的算法選擇實驗
    5.3 負載自平衡車實驗
        5.3.1 負載自平衡車性能測試
        5.3.2 負載自平衡車功能實驗
    5.4 本章小結
6 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
致謝
參考文獻
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.自平衡車模型的機械結構圖
    D.相關算法程序



本文編號：3801977