桂林电子科技大学信息科技学院 朱剑芳

两轮自平衡车的研究

桂林电子科技大学信息科技学院 朱剑芳

【摘要】两轮自平衡车是一个高度不稳定两轮机器人，是一种特殊轮式移动车，其动力学系统具有多变量、非线性、强耦合、参数不确定性等特性，是研究各种控制方法的一个理想平台。其工作原理是系统以姿态传感器（陀螺仪、加速度计）来监测车身所处的俯仰状态和状态变化率，高速中央处理器ATmega16用PID算法运用卡尔曼滤波得出的更优倾角近似值，求出驱动电机的占空比PWM，驱动电动机产生前进或后退的加速度来达到车体前后平衡的效果。本文选用适当的控制器、执行电机和传感器，设计出两轮自平衡车的驱动电路，实现了两轮车的硬件控制系统。

【关键词】ATmega16；加速度传感器；陀螺仪；PID算法；卡尔曼滤波

1 引言

两轮自平衡车两轮共轴、独立驱动、车身中心位于车轮轴上方，通过电机运动保持车身平衡。由于特殊的结构，其适应地形变化能力强，运动灵活，可以胜任一些复杂环境里的工作。从研究意义上看，自平衡车系统是一个集外界感知、动态平衡决策与规划、平衡控制与执行等多种功能于一体的综合复杂系统。

两轮平衡车通过姿态检测系统来实时检测车身姿态及运动状态，并根据姿态信息对小车进行控制。因此，对于两轮自平衡车来说，能够精确并稳定的检测当前车身倾角，是实现有效控制的关键所在。目前有多重技术可以实现倾角检测，但是实时性，经济性还不够理想。……