本課題旨在研制一種單軸雙輪自平衡代步車(chē)。該系統(tǒng)是一種兩輪左右平行布置的單人電動(dòng)車(chē)，像傳統(tǒng)的倒立擺一樣，本身是一個(gè)自然不穩(wěn)定體，必須：沲加強(qiáng)有力的控制手段才能使之穩(wěn)定。由于它的行為與火箭飛行以及兩足機(jī)器人行走有很大的相似性，因而對(duì)其進(jìn)行研究具有重要的理論和實(shí)踐意義。自平衡代步車(chē)由踏板、車(chē)把和兩個(gè)平行的輪子組成，除了開(kāi)關(guān)按鈕，沒(méi)有任何加速、減速和剎車(chē)控制裝置。內(nèi)置了輪轂電機(jī)的車(chē)輪平行地安裝在踏板兩側(cè)，電源和驅(qū)動(dòng)控制電路安裝在踏板下方。系統(tǒng)以姿態(tài)傳感器(陀螺儀、加速度計(jì))來(lái)監(jiān)測(cè)車(chē)身所處的俯仰狀態(tài)和狀態(tài)變化率，通過(guò)高速中央處理器計(jì)算出適當(dāng)數(shù)據(jù)和指令后，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生前進(jìn)或后退的加速度來(lái)達(dá)到車(chē)體前后平衡的效果。駕駛者只需身體往前傾或后傾，代步車(chē)就會(huì)根據(jù)俯仰的方向前進(jìn)或后退，而速度則與駕駛?cè)松眢w傾斜的程度呈正比。車(chē)體的轉(zhuǎn)彎通過(guò)車(chē)把的左右傾斜角度來(lái)控制，不同的傾斜角度對(duì)應(yīng)電機(jī)不同的速度差。原則上，只要打開(kāi)電源且能保持足夠運(yùn)作的電力，車(chē)上的人就不用擔(dān)心有傾倒跌落的可能，這與一般需要靠駕駛?cè)俗约哼M(jìn)行平衡的滑板車(chē)等交通工具大大不同。該系統(tǒng)靈活性強(qiáng)且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易，可作為大眾在多種場(chǎng)合的代步工具。對(duì)于姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)而言，單獨(dú)使用陀螺儀或者加速度計(jì)，都不能提供有效而可靠的信息來(lái)保證車(chē)體的平衡。本文采用一種簡(jiǎn)易互補(bǔ)濾波方法來(lái)融合陀螺儀和加速度計(jì)的輸出信號(hào)，補(bǔ)償陀螺儀的漂移誤差和加速度計(jì)的動(dòng)態(tài)誤差，得到一個(gè)更優(yōu)的傾角近似值。控制技術(shù)是運(yùn)動(dòng)控制的核心，在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用最普遍的是各種以PID為代表的基本控制技術(shù)。按照偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器，簡(jiǎn)稱為PID調(diào)節(jié)器，是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟且應(yīng)用廣泛的一種調(diào)節(jié)器。本文對(duì)系統(tǒng)用到的PID控制技術(shù)做了相應(yīng)的研究，從理論上分析了變積分的PID控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并在系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)試中獲得了良好的效果。