四隊和一隊-二區(qū)隊

近年來大氣污染形成的已成為影響我國自然環(huán)境和國民健康的一個重要問題，在形成的眾多因素中汽車尾氣占據(jù)了很大。然而，隨著我國國民生活水平的不群眾對交通出行的需求與大氣污染之間的。在此背景下，工業(yè)界提出了眾多的解決方案，其是用新能源、新材料、新理論盡量降低汽車的尾氣排放水平。在這些方案中，混合動力或純電動的汽車成為近期研究的主流?；旌蟿恿蚣冸妱悠嚨牟考切铍姵亟M，該類汽車的續(xù)行里程和蓄電：倒立擺,傳感器,步進電機,自平衡,PID算Inrecentyears,theformationofhazeairpollutionhas eanimportantissueaffectingournaturalenvironmentandpublichealth.Amongthemanyfactorsintheformationofhaze,thecarexhaustoccupiesalargeproportion.However,withthecontinuousimprovementofpeople'slivingstandards,carownershipcontinuestoincrease,whichresulttotheincreaseoftheexhaustemissions.Thisformsacontradictionbetweenthetraveldemandofpublicpeopleandtheatmosphericpollution.Againthisbackground,industryputforwardnumeroussolutions.Thesesolutionsfocusontheutilizingofthenewenergy,newmaterialsandnewtheoriestominimizecarexhaust.Hybridorpureelectriccars ethemainstreamofrecentstudies.Thecorecomponentsofhybridorpureelectricvehiclesarethebatterypack,whichisproportiontotheageandinverselyproportiontothevehicleweight.Inthebackgroundofthehighcostofthebattery,weightisamajorproblem.Tosolvethisproblem,two-wheelself-balancingvehicle(SBV)basedonthehubmotorand18650batterypacksispresentedinthispaper.Comparedtothetraditionalstructureofpassengercars,evenelectricbicycles,theSBVhastheadvantagesoflightweight,flexibleandlongage.FirstlythispaperyzestheSBV'shistoryandworkprincipal;Secondly,summedupthemotionmodelsoftheSBV;Thirdly,basedontwosteppermotors,STM32DSCandPIDalgorithmanexperimentSBVisbuild,whichcangostraight-swayandstand.:Invertedpendulum,thesensor,Steppermotor,Self-balance,PID 第一章緒 第二 第三章硬件設(shè) DSC介紹與單片機最小系 第四章軟件設(shè) DSC的硬件資源配 第五章車模調(diào) 調(diào)試參 第六章總結(jié)與展 全文總 研究展 參考文 致 第一章緒課題的背景及研究意2012年來以為代表的各種污染現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，對民眾的身體健康和生活方式產(chǎn)生了嚴(yán)重利的同時也了眾多的社會問題，交通擁堵和尾氣排放成為了整個汽車產(chǎn)業(yè)和社會生在此背景下本課題提出了基于輪轂電機、18650鋰電池組和飛思平臺的單輪自10-15Kg，續(xù)航里程10-40Km，這一特性足以滿足短距離市內(nèi)代步需求。1、氣排放。電池容量為100-400Wh，每次充電可行駛10-40Km，無污染、無20.01KWh1分錢，是傳統(tǒng)汽車的百3、充電方便。電動車推廣的一是充電緩慢，設(shè)備成本高。而平衡車的220V普通插座即可。此外，雙輪自平衡車與路面接觸面較小,整個系統(tǒng)具有是典型的非線性、非完整性雙輪自平衡車研究現(xiàn)目前國內(nèi)外雙輪自平衡車研究都步入技術(shù)成階段，能夠達(dá)到在市內(nèi)代步的需求，研究思路及主要研究內(nèi)13首先以飛思平臺為基礎(chǔ)分析雙輪自平衡車的原理主要包括車模直立控制、最后，進行軟件編寫與車模調(diào)試，主要有軟件功能與框架、DSC的硬件資源配置、第二 原理分車模的直立控個，與控制木棍直立相對簡單，只需控制車輪滾動方向平衡即可。當(dāng)車體在發(fā)生偏[5]F=mgsin???????cos??≈??????? (2-（gF=mgθ?m??1??? (2-a=??1??+ (2-其中θ為車模傾角，K1、K2都為比例系數(shù)；??′為角速度；車輪加速度的控制量是兩項相加之和。當(dāng)K1>g??2>0時，車模將像單擺一樣維持在直立平衡狀態(tài)。其中控制參模，然后建立速度的比例微分負(fù)反饋控制，根據(jù)基本控制理論討論車模通過閉環(huán)控根據(jù)文獻(xiàn)[6]假設(shè)倒立車模簡化成高度為L，質(zhì)量為m的簡單倒立擺，它放置在可以 H(??)=??(??)=??2?此時系統(tǒng)具有兩個極值點??=±??.s√H(??)=??(??)

?? ?????2

2??+ 此時兩個系統(tǒng)極點位于???2±√??2?4??(??1? ???? 系統(tǒng)穩(wěn)定需要兩個極點都位于S平面的左半Θ平面。要滿足這一點，需要K1>??2>0。由此可以得出結(jié)論，當(dāng)K1>g??2>0時，直立車模可以穩(wěn)定。車模角度和角速度測（1）當(dāng)車模發(fā)生傾斜時，重力加速度g在X軸方向形成加速度分量，從而使得該軸方向上的?u=kgsin??≈速度αX軸上出現(xiàn)由于車模運動引起的加速度為hθα，為了減少運動引起的干擾，加速度傳感器安裝的高度越低越好[8]。動單元。因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)器件時會改變頻率從而反映出物體旋轉(zhuǎn)的角速度。和角度測量器相比，陀螺儀輸出的是車模的角速度，因此不受車體運動所產(chǎn)生的較，將比較的誤差信號經(jīng)過比例 放大之后與陀螺儀輸出的角速度信號疊加之后再與相等。之后，加速度計的輸出不會出現(xiàn)大的偏差。上述提到的利用加速度計消除偏差只是其中法，還可以利用小車的運行速度車模速度控終是伴隨重力加速度Z軸的角度變化因此給定車模的傾斜角度值與重力加速度Z軸上“正好相反”和改進而得到的。第二為兩個控制參數(shù)分別對應(yīng)著誤差信號的積分和比例值，因此在某些場合中稱這兩個參數(shù)為積分控制參數(shù)與比例控制參數(shù)[9]。車模方向控車模方向的控制主要利用電機差速控制來實現(xiàn)，由于兩個步進電機處于獨立的控[10]。由于方向控制在車模直車模直立行走總控制算通過以下信號實現(xiàn)車模的直立平衡在以上的信號中可以簡化掉重力加速度信號和車模轉(zhuǎn)動速度陀螺儀信號。（11]。車模方向控制：使用PD（比例、微分）控制。第三章硬件設(shè)整體電路框統(tǒng)輸入輸出信號然后選擇控制嵌入式計算機—單片機然后逐步設(shè)計各個電路，AD轉(zhuǎn)換接口（5路電磁檢測：左右，用于測量左右兩個感應(yīng)線圈電壓陀螺儀一路用于檢測車模傾斜角速度一路用于檢測車模轉(zhuǎn)動角速度Z（備用）13(2)接口（4路（a如果采極性ＰＷＭ驅(qū)動，可以使用。：(a)SCI（UAT：（備用如果選擇飛思公司的數(shù)字加速度計可以通過I2C接口直接加速度值IO接口（備用）:48DSC處理器，程序調(diào)試接口等電磁線檢測：包括相同的電磁感應(yīng)信號放大與檢波電路設(shè)置與調(diào)試：顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)、速度設(shè)定、程序與傾角傳感器電組合陀螺儀與時之軸間差的問題，采用MPU-6050六軸傳感器。電路如圖所示電機驅(qū)動電LV8731V電機驅(qū)動組成電機驅(qū)動電路[13]四檔通電電流，最高電壓36V,輸出峰值電流2.5A,輸出電流2A,工作環(huán)境溫度?20℃~+DSC介紹與單片機最小系A(chǔ)RMSTM32F103基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入STM32系列的增強型。四個驅(qū)動單元：Cortex?-M3DCode總線(D-bus)(S-bus)DMA1DMA2四個單元：內(nèi)部SRAM、內(nèi)部閃存器、FSMC、AHB到APB的(AHB2APBx)APBDMAAHBCPU和DMA到SRAM、閃存和外設(shè)的[14]速度傳感電90°。如果電機正轉(zhuǎn)，第二個脈沖90°速測量。由于比賽時競速比賽，一般情況下電機都是運行在高速狀態(tài)下，電機的轉(zhuǎn)車?？刂齐娐啡O(shè)計，此外還需要設(shè)計電源管理電路、參數(shù)設(shè)置與電路、程序調(diào)試與運行接口電等。車模機械設(shè)，作為最主要的電路模塊單片機設(shè)計在第三層，還加入了串口模塊，這樣做的目的就是起到承上啟下的作用，作為硬件的，放在中間層可以實現(xiàn)對每個模塊的，第四章軟件設(shè)DSC編寫上位機軟件，建立軟件編譯、、調(diào)試的環(huán)境軟件功能與框各傳感器信號、處理電機輸出車模運行流程控制：程序初始化、車模啟動與結(jié)束、車模狀態(tài)車模信息顯示與參數(shù)設(shè)定：狀態(tài)顯示、上位機、參數(shù)設(shè)定等速度控制。程序在主循環(huán)中不停發(fā)送數(shù)據(jù)，在通過串口發(fā)送到上位機進行。同1毫秒，5毫秒的中斷來完成[18]。電機測速脈沖計數(shù)器與清除。累積電機轉(zhuǎn)動角度。累積電機速度，為后啟動AD轉(zhuǎn)換進行20次模擬量然后計算各個通道的模擬量的平均值0-190片段中，PID10010次。車模方向控制：根據(jù)前面的電磁場檢波數(shù)值，計算偏差數(shù)值。然后計算D666輸出低電平。DSC的硬件資源配根據(jù)飛思平臺提供的數(shù)據(jù)將程序所用到的DSC模塊資源機器配置如下ADC通道：硬件模塊、數(shù)值范圍、轉(zhuǎn)換時間、模式、轉(zhuǎn)換分辨(5）(6）UART串口：硬件模塊、通訊速(7）MMA8452Q的I2C總線（備用硬件模塊、中斷模式、I2C地址通訊率主要算法及實C語言編寫代碼，結(jié)合軟件函數(shù)中的代碼的基礎(chǔ)上實現(xiàn)和優(yōu)化代碼[20]。#include"stm32f10x.h"#include"iic.h"#include"timer.h"#include"usart.h"#include"mpu6050.h"#include"filter.h"#include"calculate.h"#include"usb_lib.h"#include"usb_desc.h"#include"usb_istr.h"#include"hw_config.h"#include"usb_pwr.h"#include"usb_pwr.h"#include<stdio.h>#include<math.h>#defineGX_OFFSET0x01#defineAX_OFFSET0x01#defineAY_OFFSET0x01#defineAZ_OFFSET0x01#defineUSBu8u8u8 ={0x5f,0x60,floatangle,angle_dot,f_angle,f_angle_dot;s16temp;s16gx,gy,gz,ax,ay,az,temperature;#defineFILTER_COUNT if(speed_lMAX_SPEED){speed_l=MAX_SPEED; elseif(speed_l<-MAX_SPEED){peed_l=-MAX_SPEED;}if(speed_r>MAX_SPEED){speed_r=MAX_SPEED; elseif(speed_r<-MAX_SPEED){speed_r=-MAX_SPEED;}if(speed_l>0){GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8); //leftfrsl=speed_l;}else{GPIO_SetBits(GPIOB,sl=speed_l*(-1);}if(speed_r>0){GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_3); //rightfrsr=speed_r;}else{GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_3);sr=speed_r*(-1);}void{u8i;s32speed_sum=for(i=1;i<FILTER_COUNT;{speed_buf[i-1]=speed_buf[i];}speed_buf[FILTER_COUNT-1]=((speed_l+speed_r)/2);for(i=0;i<FILTER_COUNT;i++){speed_sum+=speed_out=(s16)(speed_sum/{angle+=(gyro_m-q_bias)*dt; =Q_angle-P[0][1]-P[1][0];Pdot[1]=-P[1][1];Pdot[2]=-Pdot[3]=P[0][0]+=Pdot[0]*P[0][1]+=Pdot[1]*P[1][0]+=Pdot[2]*P[1][1]+=Pdot[3]*dt;angle_err=angle_m-angle;PCt_0=C_0*P[0][0];PCt_1=C_0*P[1][0];E=R_angle+C_0*PCt_0;K_0=PCt_0/E;K_1=PCt_1/E;t_0=PCt_0;t_1=C_0*P[0][0]-=K_0*P[0][1]-=K_0*P[1][0]-=K_1*P[1][1]-=K_1* +=K_0*q_bias+=K_1*angle_err;angle_dot=gyro_m-q_bias;*angle_f=*angle_dot_f=mpu6050初始化及數(shù)據(jù)iic_rw(&data_buf[0],14,MPU6050_BURST_ADDR,MPU6050_ADDR,*ax=data_buf[0]*0x100+*ay=data_buf[2]*0x100+*az=data_buf[4]*0x100+*temperature=data_buf[6]*0x100+*gx=data_buf[8]*0x100+*gy=data_buf[10]*0x100+*gz=data_buf[12]*0x100+void{floatfLeft,fLeft=g_fAngleControlOut-g_fSpeedControlOut-fRight=g_fAngleControlOut-g_fSpeedControlOut+g_fDirectionControlOut;g_fLeftMotorOut=fLeft;g_fRightMotorOut=fRight;MotorSpeedOut();}實現(xiàn)了算法只是為車模直立行走打下了基礎(chǔ)。車模運行是否穩(wěn)定高速還需要進與等等。第五章車模調(diào)調(diào)試參陀螺儀比例：將陀螺儀AD數(shù)值轉(zhuǎn)換成角速度信陀螺儀零點偏移量：陀螺儀靜之時AD量重力加速度Z軸零點偏移量：重力加速度傳感器在車模垂直靜止時的AD量重力加速度Z軸最大值：在車模朝上時Z軸AD值重力加速度Z軸最小值：在車模正面朝上時Z軸AD值20kHzAD值20kHzAD值A(chǔ)D車模調(diào)試過單片機程序和通STM32具有在系統(tǒng)編程(ISP)能力。該單片機在出場后內(nèi)部就有一個自舉編程程序，通過UART串口便可以將用戶程序下去。如果第一次下去的程序本身又具有自舉的功能，將來所有的程序便可以通過UART進行22。輸出在單片機軟件可以進行開發(fā)基礎(chǔ)之上，編寫單片機輸出控制程序。通正電壓時，電機帶動車模前行；輸出負(fù)電壓時，車模后行。車模控制參數(shù)靜態(tài)調(diào)模本身的。保持直立并且開始來回擺動了。然后逐步增加微分參數(shù)，車模逐步保持直立穩(wěn)定。增大微分參數(shù)直到車模開始，這樣就可以確定微分參數(shù)的最大值了。然后適當(dāng)減小微0。然速度參數(shù)為0，打開桌面20kHz的電磁電源。比例控制參數(shù)可以使得車模方向恢復(fù)正確0時，車模會在靜止?fàn)顟B(tài)出現(xiàn)來回小幅度的來回運動。通過逐步增加死區(qū)常數(shù)，車模來回運動現(xiàn)象逐步。當(dāng)死區(qū)常數(shù)過大時，會出現(xiàn)車模電機動態(tài)參數(shù)調(diào)第六章總結(jié)與展本文的研究依托于飛思平臺，在此基礎(chǔ)上進行了基于輪轂電機的自平衡小車的全文總外研究經(jīng)驗，在飛思的平臺上改造設(shè)計，完成了能夠直立平衡，穩(wěn)定高速，實現(xiàn)轉(zhuǎn) ARMSTM32F103STM32主要包括整體電路框圖、傾角傳感器電路、DSC和單片機電路、速度傳感電路、角度計參數(shù)進行基本設(shè)置之后，文原理分析的基礎(chǔ)上，編寫出各控制模塊的算法，本文主要寫出控制的算法，然后不斷調(diào)整參數(shù)，實現(xiàn)車模最佳控制。研究展參考文[1],,白玉川,李濟順.平行雙輪電動車的建模與控制仿真[J].中國機械工程.[2]紅.兩輪自平衡小車系統(tǒng)[D].交通大學(xué)[3],,,之.基于兩輪自平衡機器人組合定位方法的研究[J].機械與電子.2010[4],,,.μC/OS-Ⅱ在倒立擺控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].計算機工程與應(yīng)用.[5],永.基于LQR三級倒立擺變論域自適應(yīng)模糊控制[J].控制工程.[6],,.基于LQR的倒立擺最優(yōu)控制系統(tǒng)研究[J].工業(yè)儀表與自動化裝置.[7],.