基于四元数的两轮自平衡车控制系统研究

为了提高两轮自平衡控制系统的实时性和稳定性,提出了一种将四元数与PID相结合的两轮自平衡车控制机制。该机制基于四元数实现姿态角度的解算,基于PID算法实现平衡车的运动控制。该系统使用MPU-6050对平衡车的角速度和角加速度进行测量,使用编码器对电机转动速度进行测量,将这些测量数据作为平衡车控制系统的反馈,完成平衡车的控制,并可通过手机APP进行人机交互。在本文设计的控制算法下,平衡车在自平衡、载高度自平衡和载重自平衡三种场景下均可以保持良好的平衡性。采集了三种场景下平衡车俯仰角数据20000组,方差分别为0.013、0.084、0.065。在静置状态下与卡尔曼滤波算法和互补滤波算法进行了对比,在5000组的自平衡数据中平衡车的俯仰角方差为0.000239,相较于其他两种算法更小。上述实验结果表明了本研究提出的控制机制能够在满足平衡车控制实时性的同时实现平衡车的稳定控制。

基于K60摄像头导航平衡车的设计

本论文主要介绍了一款以Kinetis系列的32位单片机MK60Z256VLL4为中心微控制单元智能平衡车的设计。本平衡车使用到GPIO、ADC模数转换、PIT定时器、外部中断、PWM、I2C和UART串口等外设。主要完成三个闭环控制的设计和调试:直立环以加速度计MMA8451Q和陀螺仪ENC-03作为姿态检测传感器,使用卡尔曼滤波姿态解算和PD控制器;速度环以增量式编码器作为测速传感器,使用阶梯滤波速度解算和纯P控制器;方向环以10mH的线圈作为摄像头传感器检测赛道下方的交变电流,使用线圈电压的差和比位置解算和分段PD控制器。同时也要设计必不可少的人机交互功能,如OLED显示配合红外遥控调试。最终设计出稳定行驶并能适应各种类型赛道的直立平衡小车。

制作自平衡小车与PID控制

自平衡小车的一个自动控制是我们自动化学生专业运用非常好的一次实践机会,自平衡小车是一个嵌入式的自动控制集成品,它由我们的控制芯片stm32控制整个小车的运动,芯片的控制指令根据外部编辑器准备好的代码确定。我们需要设计控制方案,对方案进行仿真和验证,所以说我们必须要对大学里面的各种专业课程有一定了解,能够融会贯通,对一些不懂的知识还要能够自学,最后方能拼出一幅成功的作品。