杜丽敏，王 岩

(长春大学 电子信息工程学院，长春130022)

两轮自动平衡车凭借其运动灵活、体积小巧、经济环保等优点逐渐被人们喜欢，并且在人们的生产生活中起着越来越重要的作用。两轮自动平衡小车采用倒立摆工作原理，使小车保持平衡状态，其系统具有非线性、强耦合、不稳定等特点[1]。因此，两轮自平衡车不仅在市场中有很大的价值和前景，在验证或校验控制算法和控制理论上更有一个很好的实验平台[2]。文献[3-4] 设计了基于LQR的最优控制器，该控制算法具有较快的动态响应速度，对于干扰具有良好的鲁棒性；文献[5]针对H和LQR两种控制方法进行了对比分析，证明了前者在欠驱动系统的控制中具有一定的参考价值；文献[6]针对两轮平衡小车给出了硬件设计方案，以及基于PID的控制算法，实验中验证了设计方案的可行性。本文主要研究了PID控制算法在两轮自动平衡小车中的应用。首先，构建以STM32F103ZET6单片机为核心的两轮直立小车控制系统；其次，对两轮自动平衡小车进行了数学建模，验证了PD控制算法可以使小车保持直立稳定状态，进而基于PID设计了串级控制算法；最后将所设计的控制算法应用在了实物中，实现了小车的直立和行走功能。

1 系统整体方案设计

两轮自动平衡小车系统包括STM32F103C8T6主控模块、供电电路、姿态检测模块MPU6050、电磁检测电路、蓝牙模块、L298N电机驱动电路及霍尔测速码盘等，两轮自动平衡小车系统结构框图如图1所示。其中，姿态检测模块用于测量小车的车身姿态信息，电磁检测模块用于测量电磁信号，进而实现轨迹跟踪，霍尔测试码盘用于测量电机的转速，通过蓝牙模块可实现小车的无线控制功能。……