林嘉裕，戴廷飞，熊慧

(天津工业大学 电气工程与自动化学院，天津 300387)

自平衡车的电流环串级PID控制设计*

林嘉裕，戴廷飞，熊慧

(天津工业大学 电气工程与自动化学院，天津 300387)

为了解决两轮自平衡电动车用传统占空比控制无法实现对转矩的精确控制问题，本文采用飞思卡尔微处理器MK60DN512ZVLQ10，卡尔曼滤波算法获取车身倾角实时最优值，基于电流环的串级PID控制来调节直流电机。电流传感器精度能达到1%左右，系统受扰动后，此方法调节时间更短、超调量更小、鲁棒性更强。实验结果表明，直接转矩控制在快速性、稳定性和抗扰性等方面明显优于传统占空比控制。

卡尔曼滤波算法；电流环；串级PID控制；MK60DN512ZVLQ10

引 言

两轮自平衡电动车以其具有结构简单、转弯灵活、无刹车、易于驾驶和环保节能等优点，已经成为移动机器人领域的一大研究热点[1]。以第十届全国大学生智能汽车竞赛为背景，本设计采用直接转矩控制在平衡组比赛中取得全国二等奖，验证了此方法的可行性。两轮电动平衡车系统是一个不稳定的非线性系统，其时变、耦合、参数不确定的特点也导致其电机控制的复杂性，因此电机的选型也对控制的难度与效果起着一定的影响。交流电机虽有很多优点如结构稳固，运行稳健可靠，成本低廉和高效率等而被广泛使用，但交流电机可控制性不如直流电机[2]。

平衡车精确的控制是建立在准确的姿态测量基础上的，参考文献[3-4]提出利用卡尔曼信号融合滤波的方法，解决了惯性传感器在两轮平衡车姿态测量中存在的随机漂移误差问题。……