一种两轮智能平衡车及其控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105425802A(43)申请公布日2016.03.23(21)申请号201510920258.8(22)申请日2015.12.10(71)申请人长安大学地址710064陕西省西安市碑林区南二环中段33号(72)发明人林海李晓辉刘一恒李龙马家乐毛宜酉刘瀚刘彤牛翻红张敬慧杨巧慧张员境(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人徐文权(51)Int.Cl.G05D1/02(2006.01)G05D1/08(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种两轮智能平衡车及其控制方法(57)摘要本发明涉及一种两轮智能平衡车及其控制方法，包括主程序和定时中断程序，在主程序开始之后，执行定时中断程序，进入定时中断程序时，主程序暂停，定时中断程序结束后返回主程序暂停的位置；定时中断程序包括以下步骤：获取与平衡车两个车轮分别相连的两个电机的定子电压和绕组电流，分别计算获得电机转矩，通过电机转矩、磁链调节器以及矢量表生成两个电机所需要12路的PWM，进行直接转矩控制，输出到电机，完成平衡车的控制。本发明中采用直接转矩控制，输入量只需要定子电压和绕组电流，无需位置传感器，节约了成本并且稳定了性能；输出量是一个精确的转矩，所以大大提高了响应特性，完成车体自平衡的精确控制，提高了稳定性和安全性。CN105425802ACN105425802A权利要求书1/2页1.一种两轮智能平衡车的控制方法，其特征在于，包括主程序和定时中断程序，其中主程序包括以下步骤：步骤101、开始，初始化系统；步骤102、平衡车运行；步骤103、判断平衡车运行是否结束，如果结束，进入步骤104，如果没有结束，返回步骤102；步骤104、结束；在步骤101之后，执行定时中断程序，进入定时中断程序时，主程序暂停，定时中断程序结束后返回主程序暂停的位置；定时中断程序包括以下步骤：步骤2011、获取与平衡车两个车轮分别相连的两个电机的定子电压和绕组电流，步骤2012、按以下公式(1)分别计算获得电机转矩：其中，Km---转矩系数；和分别为每个电机的定子磁链在α-β轴上的分量；iα、iα---每个电机的定子电流在α-β轴上的分量；且：uα、uβ---每个电机的定子电压在α-β轴上的分量，Rs---定子电阻；步骤2013、通过电机转矩、磁链调节器以及矢量表生成两个电机所需要12路的PWM，进行直接转矩控制，输出到电机，完成平衡车的控制。2.根据权利要求1所述的一种两轮智能平衡车的控制方法，其特征在于，步骤102的平衡车运行包括以下具体步骤：步骤1021、对平衡车上的按键进行扫描，判断用户是否有按下按键，如果有则执行对应操作，如果没有则继续向下执行；步骤1022、进行障碍扫描，判断前方是否有障碍物；步骤1023、采集平衡车车底到地面的距离信息；在定时中断程序中，还包括以下两个任意顺序的步骤：步骤2001、避障控制，通过获取步骤1022中得到的障碍物信息，首先选择出平衡车正前方180°范围内没有障碍物的所有方位，通过比较选出能够让平衡车通过障碍物的方位，并且将符合条件的方位相比较，找出绕行半径最短的避障路线，按该避障路线行驶躲避障碍物；步骤2002、通过获取步骤1023中采集到的距离信息来计算出该距离的方差，根据方差的大小获取道路的平整度信息，进行路况判断，并调整平衡车行驶的最高行驶速度。3.根据权利要求1或2所述的一种两轮智能平衡车的控制方法，其特征在于，在定时中断程序中，还包括以下任意顺序的步骤：步骤2003、获取平衡车的角度和角速度信息，经过滤波后通过角度PID对平衡车车体的角度进行调整；步骤2004、获取平衡车的实际速度，通过速度PID完成对速度的闭环控制；步骤2005、获取平衡车的操作杆的电压信号，并与参考电压比较，判断出转向的方向和2CN105425802A权利要求书2/2页角度，并控制与平衡车两个车轮分别相连的两个电机差速运转完成转向。4.根据权利要求2所述的一种两轮智能平衡车的控制方法，其特征在于，步骤2002中最高行驶速度Vmax＝R×Vs，其中Vmax为不同路况所对应的最高行驶速度，R为道路系数，0＜R≤1，Vs为设定的最大速度。5.根据权利要求1所述的一种两轮智能平衡车的控制方法，其特征在于，在步骤102和步骤103之间还有人机交互的步骤，包括蜂鸣器控制、LED灯控制和显示屏显示。6.一种两轮智能平衡车，其特征在于，包括传感器部分、驱动电机部分和控制部分，传感器部分连接控制部分，控制部分连接驱动电机部分，其中，驱动电机部分包括驱动电路和两个分别与平衡车车轮相连的电机；传感器部分包括用于获取电机定子电压的电压传感器，以及用于获取电机绕组电流的电流传感器；控