一种两轮自平衡小车控制算法研究

XCLW15528  一种两轮自平衡小车控制算法研究  (字数：17611)

摘要

近年来，两轮自平衡车的研究与应用获得迅的发展。本文提出了一种自平衡小车的实际方案，采用陀螺仪MPU6050作为车体传感器来检测车体姿态，使用卡尔曼滤波完成陀螺仪数据与加速度计数据的数据融合。系统选用ST公司的的32位单片机STM32F103C8T6为控制核心，完成了传感器信号的处理，滤波算法的实现的实现继车身控制，人机交互等。

整个系统控制完成后，各个模块能够正常并协调工作，小车可以再无人干预条件下实现自主平衡。同时在引入矢量干扰情况下小车能够自主调整并迅速恢复稳定状态。

关键词：MPU6050陀螺仪；STM32F103C8T6单片机；人机交互；自主平衡；

目录

引言1

第1章 绪论3

1.1 研究背景与意义3

1.2 两轮自平衡车的关键技术5

1.2.1 系统设计5

1.2.2 数学模型5

1.2.3 姿态检测系统5

1.2.4 控制算法6

第2章 系统原理分析7

2.1 控制系统要求分析7

2.2 平衡车控制原理分析7

2.3 自平衡小车数学模型8

2.3.1 两轮自平衡小车受力分析8

2.3.2 自平衡小车运动微分方程9

2.4 PID 控制器设计10

        2.4.1 PID 控制器原理

        2.4.2 PID 控制器设计

2.5 PID 姿态检测系统13

        2.5.1 陀螺仪

2.5..2 加速度计.13

2.5..2 基于卡尔曼滤波的数据融合.13

2.6 本章小结13

第3章 系统硬件电路设计14

3.1 STM32F103C8T6单片机介绍14

3.2 电源管理模块设计15

3.4 倾角传感器信号调理电路16

3.4.1 加速度计电路设计  16

3.4.2 陀螺仪放大电路设计16

3.5 电机驱动电路设计17

3.5.1 驱动芯片介绍  17

3.5.2 驱动电路设计  17

3.7 辅助调试电路设计16

3.8 本章小结17

第4章 系统软件设计18

4.1 软件系统总体结构18

4.2 单片机初始化软件设计18

4.2.1 锁相环初始化19

4.2.2 模数转换模块（ATD)初始化20

4.2.3 串行通信模块（SCI）初始化设置20

4.2.4 测速模块初始化20

4.2.5 PWM模块初始化21

第5章 系统调试29

5.1 系统调试工具29

5.2 系统硬件电路调试30

5.3 姿态检测系统调试30

5.4 控制系统PID参数整定32

5.5 两轮自平衡小车动态调试32

5.6 姿态检测系统调试33

第6章 总结与展望34

6.1 总结34

6.2 展望34

参考文献34

致谢34