星空·体育中国官方网 基于PID控制器的两轮自平衡小车设计-word资料(精).doc

这项本科设计课题是关于运用 PID 控制机制来构建双轮自主平衡车辆,该小车体积紧凑,构造精简,活动敏捷,适合在空间有限或环境艰险的场合使用,在安全防护和军事领域展现出广阔的发展潜力。两轮自平衡小车采用双轮左右对称的构造方式星空体育官方网站，其形态类似于经典倒立摆模型，本质上属于一种天然不稳定的系统，其运动规律表现出多因素关联、非线形变化、强相互作用、状态时变以及参数易变等多项特征星空·综合体育官网入口，因此必须借助高效能的调控措施才能维持稳定状态。本文梳理了衡小车的研究进展,阐述了作者的两轮自平衡小车的软硬件构建思路,小车的机械部分利用陀螺仪和加速度传感器测量车身重力的倾斜程度以及轮轴的旋转动态,这些信息被控制器分析处理,进而支配电机运作,目的是让小车维持稳定状态。陀螺仪会受温度影响产生偏差，并且积累误差，加速度传感器的动态反应速度不高，难以准确可靠地反映车身状况，因此软件采用互补滤波方法，把陀螺仪和加速度传感器的数据整合起来，利用陀螺仪快速捕捉变化的优点，以及加速度传感器长时间保持稳定的特性，从而得出一个更精确的角度估算值。论文最后通过实际测试，证明了这种自平衡小车的软硬件控制方案是切实可行的。这种机器人结构紧凑，构造简单，能够进行灵活移动，适合狭窄和危险的工作环境，因此在安保和军事领域应用广泛。它本质上是一个不稳定的系统，其装置由两个单轮的并联排列组成，类似于传统的倒立摆。这种机器人的动力学具有多变量、非线性、严重耦合和参数不确定等特点，必须施加强力控制才能保持稳定。本文综述了国内外对两轮自平衡车辆的研究，设计了该车辆的硬件和软件。车辆采用旋转加速度计、陀螺仪和加速度传感器来检测车身状态以及俯仰角变化率。中央处理器计算适当的数据和指令星空·体育中国官方网，并控制电机以实现车身平衡。由于陀螺仪漂移问题、加速度计的积分误差以及加速度传感器动态响应缓慢，这些传感器无法提供有效或可靠的信息来反映车身的真实状态。因此，我们采用互补滤波器融合两种传感器的数据，从而能更精确地近似车身倾斜角度。最后，我们验证了该系统硬件和软件的可行性。

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