基于pid控制器的两轮自平衡小车

本科毕业设计基于PID控制器的两轮自平衡小车设计摘要两轮自平衡小车具有体积小、结构简单、运动灵活的特点，适用于狭小和危险的工作空间，在安防和军事上有广泛的应用前景。两轮自平衡小车是一种两轮左右平衡布置的，像传统倒立摆一样，本身是一种自然不稳定体，其动力学方程具有多变量、非线性、强耦合、时变、参数不确定性等特性，需要施加强有力的控制手段才能使其保持平衡。本文在总结和归纳国内外对两轮自平衡小车的研究现状，提出了自己的两轮自平衡小车软硬件设计方案，小车硬件采用陀螺仪和加速度传感器检测车身的重力方向的倾斜角度和车身轮轴方向上的旋转加速度，数据通过控制器处理后，控制电机调整小车状态，使小车保持平衡。由于陀螺仪存在温漂和积分误差，加速度传感器动态响应较慢，不能有效可靠的反应车身的状态，所以软件使用互补滤波算法将陀螺仪和加速度传感器数据融合，结合陀螺仪的快速的动态响应特性和加速度传感器的长时间稳定特性，得到一个优化的角度近似值。文中最后通过实验验证了自平衡小车软硬件控制方案的可行性。关键词：自平衡互补滤波数据融合倒立摆Two-wheeledSelf-balancingRobotMaXuedong(CollegeofEngineering,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China)Abstract:Thetwo-wheeledself-balancingrobotissmallinmechanism,withsimplestructureandcanmakeflexiblemotion,suitablefornarrowanddangerousworkspace.Soithaswiderangeofapplicationsinsecurityandmilitary.Thetwo-wheeledself-balancingrobotisanaturalunstablesystem.Thedeviceofthissystemisaparallelarrangementoftwosinglewheels,likeatraditionalinvertedpendulum.Itsdynamicsaremulti-variable,non-linear,seriouscouplinganduncertainparametersetc.Itmustbeexertedstrongcontroltomakeitstable.Inthispaper,studiesontwo-wheelself-balancingvehicleathomeandabroadaresummarized.Wedesignedthehardwareandsoftwareofourtwo-wheelself-balancingvehicle.Thecarusingrotationalaccelerometers,gyroscopesandaccelerationsensorstodetectbodyconditionandthestateinwhichthepitchchangerate.Thecentralprocessingunitcalculatetheappropriatedataandinstructions,andcontrolthemotortoachievethebodybalancing.BecauseofgyrodriftproblemsandIntegralerrorwithaccelerometersandslowdynamicresponseofaccelerationsensors.Itcan’tprovideeffectiveorreliableinformationtoreflecttherealstateofitsbody.Soweusingcomplementaryfiltertofusethedataoftwosensors,sothattheinclinationofitsbodycanbeapproximatedbetter.Finally,weverifiedthefeasibilityofthesystem’shardwareandsoftwarethroughexperiment.KeyWords:Self-BalancingcomplementaryfilterDataFusionInvertedPendui附录主控板原理图姿态检测小板原理图电机驱动原理图致谢我向我的同学和各位老师表示诚挚的感谢！目录TOC\o"1-2"\h\z\u1. 总论 11.1 项目概况 11.2 项目建设的必要性 21.3 可行性研究工作依据 61.4 可行性研究报告的编制原则 61.5 可行性研究报告内容概要 71.6 建议引进设备清单 151.7 结论及建议 151.8 项目主要技术经济指标汇总 162. 市场需求预测与竞争能力分析 192.1 概述 192.2 广西区内市场 192.3 主要目标市场分析 222.4 广东省水泥市场分析 242.5 竞争能力分析 272.6 市场分析结论 283. 建设条件与厂址选择 293.1 原、燃材料 293.2 交通运输 313.3 供电电源 313.4 水源 313.5 厂址条件 324. 工程技术方案 334.1 原燃料与配料设计 334.2 石灰石矿山 464.3 生产工艺 584.4 总图运输 724.5 电气及生产过程自动化 764.6 给水排水 854.7 通风及空气调节 874.8 建筑结构 895. 节约与合理利用能源 925.1 主要能耗指标 925.2 主要节能措施 929. 工程建设招标安排 10810. 项目建设进度的建议 11010.1 项目管理 11010.2 项目实施进度 11011. 投资估算 11211.1 综述 11211.2 建设投资构成 11211.3 估算编制依据 11211.4 建设项目投资总估算书 11312. 财务评价 11712.1 概述 11712.2 项目总投资及资金筹措6. 环境污染防治与治理 946.1 建设场地 946.2 工程概述、主要污染源和主要污染物 946.3 设计采用的环境保护标准 956.4 控制污染的方案 966.5 环境管理机构及监测机构 986.6 环境影响分析 986.7 环境保护投资估算 987. 劳动安全及工业卫生 1017.1 设计依据与执行标准 1017.2 建筑及场地布置 1017.3 生产过程中职业危险、危害因素分析 1027.4 对各种危害因素采取的主要防范措施及预期效果 1027.5 劳动安全卫生机构及人员配备情况 1048. 组织机构与劳动定员 1058.1 组织机构