论文两轮自平衡小车控制系统和分析，该文是自平衡小车相关在职毕业论文范文与小车和控制系统和平衡类论文写作参考范文.
【摘 要】 两轮自平衡小车系统在设计过程中存在较多的影响因素,导致其系统的稳定性不强,难以保持平衡的状态.两轮自平衡小车的使用环境相对较为多样化,使用运动学方程只能测量其有限的活动范围,因此要想实现两轮自平衡小车的控制也具备一定的难度.本文主要针对两轮自平衡小车控制系统进行分析,对于两轮自平衡小车的设计研究具有一定的指导意义.
【关键词】 两轮自平衡小车 控制系统 设计分析
前言：当前的研究者和学者对于固定的机械臂的研究较多,但是对于两轮自平衡小车这种新型的只能移动系统的研究相对较少,两轮自平衡小车作为移动机器人领域研究的一个重要方面,目前被学者的关注还不够.两轮自平衡小车可以适应复杂多变的地形环境,灵活地处理不同的运动要求,在较为复杂的环境中也可以正常工作,其控制系统的综合性较强,属于非线性约束系统,因此针对两轮自平衡小车的控制系统进行研究,可以为两轮自平衡小车的设计提供参考,同时丰富当前的理论研究,具有实践和理论两方面的意义.
一、两轮自平衡小车
1、两轮自平衡小车概念.两轮自平衡小车有时也被叫做两轮移动机器人,属于机器人的一个应用方面.两轮自平衡小车结构较为简单,可以在空间 较为狭窄的地方自有转动,因此在交通、军事、自动化、智能化生产等方面都有着十分广泛的用途,实际应用价值非常高.两轮自平衡小车在静态的时候不容易保持平衡,但是在动态的时候却十分容易保持平衡,其控制系统的设计也具有一定的代表性,所以经常被用来检验各种控制方法[1].
2、两轮自平衡小车分类.由于两轮自平衡小车设计复杂,基本设计原理按照移动机器人进行设计,但是实际设计成果却大不相同,需要对两轮自平衡小车进行不同类别的划分.按照两轮自平衡小车的控制系统的结构是否进行修正、车体的设计水平是否得到改善、车体的重心位置是否发生转移等,可以将两轮自平衡小车分为定质心和变质心两类.定质心两轮自平衡小车对于研究两轮自平衡小车具有十分重要的意义,具有较强的典型性,由于质心不能随意改变使得这种两轮自平衡小车的结构复杂程度不高,在控制过程中也较为简单,同时由于结构不能随意调整,其功能的延伸也受到限制,在实际应用和市场推广过程中也存在一定的阻碍.鉴于这个原因,可以运载一定重量的货物、功能的开发更加齐全的变质心两轮自平衡小车的发展十分被人们看好,同时也代表着未来两轮自平衡小车的发展潮流.
二、两轮自平衡小车控制系统
1、微控制器设计.在自平衡双轮移动小车系统中,Atmegal6 作为控制核心,负责传感器数据的采集,与上位机的数据通讯、电动机控制指令的发送等工作,其中PA 口主要连接陀螺仪的输出,用以进行A 心转换,把陀螺仪的模拟信号转化为数字信号；PB 口主要连接两组直流电机的输入与ISP 功能模块的输入；PC 口主要连接加速度计和光电编码器的输出引脚,实现车体倾斜角度以及电动机实时速度的测量,PD 口主要连接无线串口通讯模块的发送、接收引脚和直流电动机驱动模块的PWM 信号引脚,以实现电动机的调速[2].2、加速度计电路设计.加速度计的主要功能是测定物体的加速度的快慢,加速度之间的角度表示物体在加速度过程中的倾斜程度,也可以将其作为倾角计.因此我们可以发现,倾斜角度用加速度传感器灵敏轴与重力加速度计测量载体的倾斜角度是间接实现.加速度计的表示值和倾斜角度之间并没有直接的关联性,但是也存在函数关系,加速度计的读出值会随着加速度传感器的倾斜方向的变化而变化,一般来说,两者之间的变动关系呈现正弦函数的特征.由此分析,对加速度计的读出数值进行反正弦函数处理,就能够计算出其倾角值.假设在实际应用过程中,加速度计竖直正向放置,Y 轴与两轮自平衡小车的车轴保持同一方向.3、系统编程设计.两轮自平衡小车的控制系统在设计和应用过程,引入了ISPC 在系统编程,通过ISPC 在系统编程可以将计算机中与控制系统相关的代码分享到控制板上的单片机,在对控制系统进行测试的过程中可以减少风险,方便测试人员的操作,应用ISPC 系统编程的电路原理图如图2 所示[3].
结语：两轮自平衡小车的出现时间还不长,其代表着未来移动机器人的发展方向,由于其控制系统复杂多变,综合性强,具有较高的科技含量,因此对其进行研究分析可以较为详细地了解控制系统的设计原理.随着科技的进步,在未来的发展中,两轮自平衡小车必将逐步突破技术限制,实现更好的控制系统的设计和应用.
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参考文献：
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