一种两轮自平衡小车控制算法研究_开题报告

一、文献综述

（一）国内研究现状

目前国内自平衡车已经进入大批量生产阶段，特别是小两轮扭扭车，其产量已经非常之大，但是目前国内做的大多数电机驱动的电磁噪声都非常大，都采用传统无刷电机驱动方法来控制，当人骑行的时候会感觉很不舒服，运行时也有会出现断电的情况；国内很多自平衡车没有带充电保护功能，在客户使用时，由于电池管理板使用同口输出和输入，这样充电电流保护就没有办法做，当大电流充电时，管理板没有办法检测和保护异常充电。

（二）国外研究现状

目前国外对平衡车这块研究还是非常深的，美国发明家卡门（Dean Kamen）发明了一种新型的方便快捷的两轮交通工具“Segway  Segway”靠改变驾驶着的重心使车辆产生启动、加速、减速、停止等常规行驶动作，它的出现在全世界引起了极大轰动，充分展示了平行双轮行走的灵活性和实用性。2009 年通用汽车与Segway公司在纽约宣布双方将在研发未来城市个人交通工具方面进行合作，并且展示了一款可以改变都市个人出行方式的新型汽车（即两轮自平衡电动车），该车型已经在国内有销售，现在已发展为普通代步车、警用代步车和越野车等车型。但是由于它不仅售价昂贵还很笨重，它的立足之地，确实只有在大商场，仓库，机场或警察内部比较合适,所以它一直不能火起来。

（三）论述意义

通过对平衡小车控制算法的研究，作为参与该项目的人员之一，鉴于两轮自平衡电动小车像一级倒立摆一样，有效的模拟了载人的两轮自平衡电动车的各种工作状态，而且两轮自平衡电动小车是一个很好的验证各种控制算法的载体，制作简单，成本较低，所以本文通过制作一个两轮自平衡电动小车来验证所选用的常规 

PID 控制算法和卡尔曼滤波控制算法的有效性，提高项目的研发速度、降低项目研发的成本。

二、^范文提纲

一、概念及意义

（一）、一种两轮自平衡车控制算法研究

1、对两轮自平衡小车进行硬件设计，根据目标任务实际相应的控制机构和执行

机构。

2、建立系统的数学模型，并给出系统在各种状态下的数学模型。

3、从系统的线性模型出发，分析系统的控制性能和稳定性。

4、运用变结构控制理论的基础知识，基于变结构控制的最终滑动模态理论设计系统的自平衡控制器。

5、利用计算机仿真，比较滑模控制器与反馈控制器对于干扰和参数的不确定性的消除能力。

（二）、一种两轮自平衡车控制算法研究的意义

1、平衡小算法的研究，首先要制造平衡车小车的硬件系统，加深对硬件系统的了解。

2、加深对MATLAB运用和理解

3、加深对电机驱动理解

4、加深对车体姿态传感器的理解

5、加深对智能控制的建模分析

二、目前存在的问题

（一）车子在原地的时候会出现来回震荡

（二）车子在转弯的时候会出先不连续，会有明显的脉动现象

（三）车子在离地后会出现空转现象

（四）仿真结果可能会和预想中的不一样，结果不一致

（五）由于温度变化、不稳定力矩等因素，陀螺仪会产生漂移误差，并会随着时间的推移而累加变大，通过积分会使得误差变得很大

三、改进措施

（一）通过MATLAB仿真来调节系统软件控制参数。

（二）调节车子转弯灵敏度

（三）给车子额外添加传感器进行控制

（四）检测环境温度，对陀螺仪进行温度补偿

四、案列分析-

（一）、奥捷骑的越野款平衡车

问题：此款平衡车采用高速电机加齿轮箱来驱动轮毂，电机驱动采用传统的无刷电机驱动方式。存在一下几个问题：1、采用无刷电机驱动，电磁噪声会很大2、由于车子很重，而且整个车子的中心严重不平衡，所以在车子运行的时候，车子的效率会非常的低3、采用两块电池直接并联，这样很容易产生两组电池之间相互充放电，会大大减少电池的使用寿命

解决办法：1、使用FOC控制2、重新设计车子机械结构，让车子中心尽力往中间靠3、用脉冲开关来调节两组电池连续给系统供电，减少或避免电池之间相互充放电。

五、结语和展望

    通过对本^范文的设计，在实践中使用的软件、硬件，很大程度上提升了我以后在实际项目中的解决问题的能力。通过此次^范文的设计，可以让我对平衡车系统硬件和软件的设计有了一定的理解，尤其是对软件算法的理解更为突出，同时也让我对电机FOC控制有了一定的理解。希望自己在平衡车控制软件算法上能走的更远更高!

三、参考文献

[1].王光林.两轮电动自平衡车控制算法的研究

[2]永磁无刷电机及其驱动技术

[3]先进PID控制MATLAB仿真技术

[4]电机控制（第三版）

[5]电动车无刷直流电机控制系统Matlab仿真_刘维维