态检测系统能够实时获得小车的姿态倾角信息,然后通过控制车轮的转动,进而减小或抵消小车在这个维度上的倾斜力矩,进而维持小车的平衡。原理图如下图2-2所示。Р自平衡车的平衡控制也是通过负反馈调节来实现的,不过与在指尖保持木棍直立平衡想比较则简单。原因在于小车只依靠两个车轮着地,依靠车轮与地面会发生相对滚动使得小车倾斜。然而小车上装载的姿态检测系统能够对小车的倾斜角度和倾斜趋势进行实时检测,进而通过控制器控制车轮转动,从而抵消在这个维度上的倾斜力矩,这样便可以保持小车平衡,如图2-2所示。Р图2-2 二轮车动态平衡原理Р2.3 PID控制器原理设计Р2.3.1 PID控制器原理Р现如今的自动控制技术基本上都是基于反馈设计的。所谓反馈,是指将系统的输出送入到输入端并以某种方式改变输入,进而影响系统功能的过程,即将输出量通过恰当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程[4]。在工程的实际应用中,最广泛的调节器控制为比例、积分和微分控制,这种调节叫做PID调节,简称PID控制。因其具有结构简单、工作可靠、稳定性好、调整方便的特点,已然成为工业控制的主要技术之一,当然,使用PID控制器实现二轮自平衡车的控制是可行的。РPID控制器由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)三部分组成。其输入e (t)与输出u (t)的关系为:Р (式2-1) Р为比例系数;Р为积分时间常数;Р为微分时间常数。Р2.3.2 PID控制器设计Р 由小车静止时其运动方程可得到系统输入输出传递函数:Р (式2-2) Р此时系统具有两个极点:。其中一个极点位于s平面的右半平面。根据奈奎斯特稳定判据可知系统不稳定,因此小车在静止状态不能保持平衡[5][6]。从力学角度分析,小车平衡的条件是由地面与车轮的摩擦力提供额外的回复力和阻尼。车轮的加速度大小是根据姿态检测系统获得的倾角和倾角趋势反馈得出的,即由倾角
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