黄强,唐杰,林立,王源明,朱群峰

(1.多电源地区电网运行与控制湖南省重点实验室,湖南 邵阳,422000； 2.杭州拓生智能科技有限公司,江苏 杭州,310000)

随着科学技术、世界经济的迅速发展,机器人技术成为一项涵括控制理论、物理学、计算机科学、动力学等多学科领域的综合性技术[1]。移动机器人是整个机器人领域中不可缺少的一部分,而通过车轮移动的机器人更是当今世界研究的重点领域。两轮平衡小车是一种典型的车轮移动机器人,其具有成本低、控制简单、高速稳定运行等优点,因此，具有很高的理论价值和实用价值[2]。

国内外学者在两轮自平衡机器人[3-4]、智能后退控制[5]、多传感器数据融合[6]、离散神经动态规划算法[7]、分数阶PID控制[8]、控制量按任意函数变化的PID算法[9]等方面进行了深入研究。本文在参考这些文献的基础上,采用双闭环PID控制算法对两轮平衡小车控制问题进行了研究。角度环采用PD控制算法,速度环采用PI控制算法,并利用超声波检测回来的小车与物体的距离,通过区间判断来叠加或减小1个固定值控制PWM脉冲的占空比,增加系统的响应速度。最后搭建了两轮平衡小车样机,通过系统调试与运行,验证了双闭环PID控制算法的有效性。小车能够稳定地实现平衡控制,具有一定的实用价值。

1 硬件系统设计

1.1 系统框图

为实现两轮小车自平衡控制,设计了系统硬件框图,框图如图1所示。

图1 硬件系统框图Fig.1 Block diagram of hardware system

1.2 主控制器

硬件系统的主控芯片选用STM32F10系列的单片机,其内部采用RISC指令集。……