两轮平衡车的控制系统设计

摘要

两轮平衡车具有便携、低碳等优点,近几年深受人们喜爱。研究两轮平衡车的自平衡控制问题,以STM32单片机为主控制器来搭建两轮平衡小车系统。采用集陀螺仪和加速度计为一体的MPU6050姿态传感器,用于获取小车的姿态信息。采用PID控制算法,实现了对小车的自平衡控制。采用卡尔曼滤波算法,用以对包含在数据信息里的系统扰动和数据采集误差进行最优估计。最后,对小车的运行稳定性进行了测试。设置了4种坡度的运行路面,即0°、15°、30°和45°,依次测试了小车运行的平稳性。测试结果表明,当坡度不超过15°时,小车能够实现静止平衡、运动平衡以及稳定刹车等功能。当坡度达到30°时,小车仍能够平稳爬过斜坡,但在斜坡上保持静止平衡则较为困难。相关研究结果为进一步提升两轮平衡车的自平衡性能奠定了一定基础。