基于ARM的自平衡小車系統(tǒng)研究與設計.pdf

1、兩輪自平衡小車是在輪式機器人的基礎上發(fā)展的，其具有硬件結構簡單，體積小，運動靈活的特點?？梢栽谟邢薜墓ぷ骺臻g快速、穩(wěn)定的完成任務，在軍事、科研、民用等領域有著廣泛的應用前景。
　　本設計選用意法半導體公司生產(chǎn)的基于ARM(Advanced RISC Machines) Cortex-M3內核的STM32F103ZET6作為微控制器，在對陀螺儀和加速度計原理以及硬件平臺學習和研究的基礎上，設計制作一輛能夠自己保持平衡的兩輪直立小車，

2、并且能夠進行運動行走。完成了硬件平臺的搭建和軟件的測試，包括驅動電路模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、傳感器模塊、電源降壓模塊、主控芯片最小系統(tǒng)測試以及電機性能檢測等等。
　　兩輪直立小車是通過對車身實時傾斜角度進行控制來保持直立。單獨使用陀螺儀測量角度會使測量轉換得到的角度因為溫度漂移而產(chǎn)生誤差；單獨使用加速度計會造成動態(tài)角度測量不準確。本設計采用姿態(tài)傳感器MPU6050內置3軸陀螺儀和3軸加速度計對小車進行姿態(tài)解析。利用MPU6050內

3、部數(shù)字運動處理器直接將6軸數(shù)據(jù)轉換為四元數(shù)，在主控芯片中將四元數(shù)進行量化后轉換成對應的歐拉角，避免了復雜的濾波算法設計和繁瑣的靜態(tài)參數(shù)調節(jié)。
　　通過對倒立擺模型以及直立小車數(shù)學模型分析得到小車自平衡穩(wěn)定的條件。然后對車身角度和角速度進行比例微分（PD）控制。通過大量的實際測量和波形分析整定合適的比例微分控制參數(shù)，保證小車能夠穩(wěn)定直立。然后對速度、位移量和給定速度量進行比例積分（PI）控制。最后將轉彎量、PD控制量和PI控制量疊加