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单轴两轮自平衡小车姿态控制系统设计
资料介绍
在第七届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竟赛的电磁组比赛中，利用了其赛用C型车模双后轮驱动的特点，要求实现两轮自平衡直立行走，对推动自平衡理论的应用和发展有着重大意义。开展对两轮自平衡车的深人研究对提高我国在该领域的科研水平、扩展机器人的应用背景等具有重要的理论及现实意义。
目前关于两轮自平衡车的研究和成果已经很多，国内外众多商家已经将两轮自平衡车作为运输载具商业化量销售。本文的目的是探索使用廉价元器件构建一个简易的实验平台，以便进行各种控制算法的实验和理论研究。
1系统总体方案
本文设计的两轮自平衡智能小车控制系统，考虑到自平衡控制需要较高且稳定的控制速度，采用飞思卡尔Kinetis 60系列微处理器作为主控制器。采用飞恩卡尔MMA7260三轴高灵敏度加速度传感器与村田公司的ENC-03M陀螺仪作为自平衡小车的姿态传感器。采用BTS7960作为电机的驱动芯片，实现对电机正反转的控制。同时，为了增加小车的机械稳定性，采取了降低重心和减小小车质量的方法，比如把小车的电池和主控板等尽量的放在靠下的地方，将整个车模的重心降到轮轴附近，解决两轮自平衡机器人非线性、强耦合和绝对不稳定的特点。重心越低的物体越稳定，不倒翁是一个很好的实例。小车质量越轻，重心位置越低，则小车绕电机轴的转动惯量越小，电机的机电时间常数越小，因此越有利于小车平衡的控制。总方案结构图如图1所示。
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