一种自平衡两轮车的运动控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号(10)授权公告号CNCN103010360103010360B(45)授权公告日2014.08.20(21)申请号201110287319.3张吉昌.单轴双轮自平衡代步车的研究与设计.《中国优秀硕士论文全文数据库》.2009,(第(22)申请日2011.09.2611期),第7-38页.(73)专利权人东莞易步机器人有限公司地址523808广东省东莞市松山湖科技产业审查员乔明侠园区科技九路1号(72)发明人郭盖华涂超周伟(74)专利代理机构广州华进联合专利商标代理有限公司44224代理人谭一兵(51)Int.Cl.B62K3/00(2006.01)G05D1/08(2006.01)(56)对比文件CN201009984Y,2008.01.23,全文.CN201228037Y,2009.04.29,全文.权权利要求书1页利要求书1页说明书3页说明书3页附图2页附图2页(54)发明名称一种自平衡两轮车的运动控制方法(57)摘要本发明公开了一种自平衡两轮车的运动控制方法，其包括两轮车上设置的陀螺仪传感器、加速度传感器、加速度PID控制器及速度PID控制器，陀螺仪传感器的输出的陀螺仪角速度值数据及加速度传感器的输出的轮子加速度数据进行处理计算出输出的融合角度值，两轮车控制系统利用融合角度值及陀螺仪角速度值计算出轮子的输出加速度，所述加速度PID控制器利用PID模糊控制参数表对输出加速度进行微调，所述两轮车控制系统采集到当前输出速度并得到得到目标速度，所述速度PID控制器进行PID算法调节将当前输出速度控制在目标速度。本发明一种自平衡两轮车的运动控制方法通过加速度PID控制器及速度PID控制器实现两轮车的平稳运行。CN103010360BCN1036BCN103010360B权利要求书1/1页1.一种自平衡两轮车的运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在两轮车上固定有陀螺仪传感器和加速度传感器，陀螺仪传感器采集两轮车上角速度信号，加速度传感器采集两轮车上对应加速度信号；（2）陀螺仪传感器的输出的陀螺仪角速度值与加速度传感器的输出的轮子加速度通过两轮车控制系统内部模/数转换器读取后转化为数字量，将所得数据经kalman滤波器进行处理计算出输出的融合角度值；其中，所述陀螺仪传感器及加速度传感器所采集的数据计算出融合角度值的公式是：fused_angle=(1-kg)*(fused_angle+∫anglerate*dt)+kg*A*arcsin(acc)其中fused_angle为融合角度值的输出，anglerate为陀螺仪的输出，acc为加速度传感器的输出，A为系统参数，A*arcsin(acc)为倒立摆偏转角，kg为通过kalman滤波器计算出的调整因子；（3）所述两轮车控制系统内部设置有加速度PID控制器，两轮车控制系统利用传感器输出的融合角度值及陀螺仪传感器输出的陀螺仪角速度值计算出轮子的输出加速度，所述加速度PID控制器利用PID模糊控制参数表将轮子的输出加速度进行微调；其中，所述轮子的输出加速度的计算公式：acc_speed=P*fused_angle+I*∫fused_angle*dt+D*anglerate其中fused_angle为融合角度值的输出，anglerate为陀螺仪的输出，acc_speed为轮子的输出加速度；（4）所述两轮车控制系统内部设置有速度PID控制器，所述两轮车控制系统采集到两轮车的当前输出速度，所述两轮车控制系统利用当前输出速度配合轮子的输出加速度得到两轮车的目标速度，所述速度PID控制器进行PID算法调节将当前输出速度控制在目标速度。2.根据权利要求1所述的一种自平衡两轮车的运动控制方法，其特征在于：所述目标速度与当前输出速度之差得到偏差速度，所述速度PID控制器将得到的偏差速度进行PID算法调节。3.根据权利要求1所述的一种自平衡两轮车的运动控制方法，其特征在于：所述PID模糊控制参数表的参数P、参数I、参数D取值范围为4～50。4.根据权利要求1所述的一种自平衡两轮车的运动控制方法，其特征在于：所述传感器输出的融合角度值及陀螺仪传感器输出的陀螺仪角速度值将两轮车的运动状态分为4个象限，所述PID模糊控制参数表的参数P、参数I、参数D在两轮车车体处于第一象限和第三象限时的设定值要求与两轮车车体处于第二象限和第四象限时的设定值要求不同。2CN103010360B说明书1/3页一种自平衡两轮车的运动控制方法技术领域[0001]本发明涉及自动控制技术领域，尤其是涉及一种自平衡两轮车的运动控制方法。背景技术[0002]倒立摆是一种复杂的、非线性的、不稳定的系统，它是现代控制理论及应用的典型科研或教学装置。由于不规则地面情况，轮