兩輪自平衡小車(chē)（全部設(shè)計(jì)資料+設(shè)計(jì)分析）

自己做的自平衡小車(chē)，基本達(dá)到預(yù)期效果。制作資料在壓縮包里面，供參考。

該兩輪自平衡小車(chē)硬件設(shè)計(jì)概述：

• 控制器：ATmega16；8MHz；
• 加速度傳感器：MMA2260；陀螺儀：EWTS82；
• 傳感器的融合：卡爾曼濾波；
• 馬達(dá)：EN_2342CR（速比64）+雙路12脈沖編碼器+CD40106對(duì)信號(hào)整形；
• 驅(qū)動(dòng)板芯片：CD4001+IR2111+IRF1404（驅(qū)動(dòng)電流可以很大）；

圖片（拍攝效果不佳），視頻如下：

小車(chē)實(shí)物圖展示：

設(shè)計(jì)分析：

其實(shí)控制很簡(jiǎn)單，利用定時(shí)器產(chǎn)生10ms中斷，每次中斷進(jìn)行如下工作：
1：AD采樣加速度傳感器和陀螺儀，然后卡爾曼濾波得出角度與角速度；（濾波模塊借鑒老外的）（互補(bǔ)濾波效果感覺(jué)不是很好）；
2：計(jì)算車(chē)輪的速度，積分得出位置；
3：利用PD算法得出PWM值=K1*angle + K2*angle_dot + K3*speed + K4 * position；
4：前進(jìn)后退給定參考速度計(jì)算即可；

注意：

1. 增量式輪速傳感器A相中斷，讀取B相電位判斷前進(jìn)還是后退，在10ms的時(shí)間內(nèi)累加，計(jì)算車(chē)輪的速度；
2. 由于10ms累加的輪速信號(hào)不多，直接計(jì)算車(chē)體會(huì)發(fā)抖，所以增加了低通濾波，解決問(wèn)題；
3. 我在外面增加4個(gè)電位器可以手動(dòng)調(diào)節(jié)4個(gè)K值，方便調(diào)試；
4. 附件的文件夾里面有matlab建模的資料，可以求出所需的4個(gè)K的值，（參考NXT的），大家可自行調(diào)試K值看看對(duì)車(chē)輛的影響；

電機(jī)選取建議：

• 由于考慮到減速器，而且?guī)鞲衅?。其?shí)后面實(shí)踐得知可以不要位置傳感器，這樣選擇電機(jī)的空間就很大了，買(mǎi)便宜的；
• 電機(jī)扭矩要大；說(shuō)白了，功率要大；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大似乎的更穩(wěn)定，所以不用空心杯的也許更好；
• 減速比可以大一點(diǎn)，用較大的輪子；
• 重心越靠下，抗擾性越強(qiáng)；但是可能會(huì)影響穩(wěn)定性；

購(gòu)買(mǎi)的電機(jī)型號(hào)參考：

算法：

       常用計(jì)算方法有兩種：互補(bǔ)濾波和卡爾曼濾波；都可以輸出校正后的角度與角速度；我采用的是卡爾曼濾波，考慮到單片機(jī)的運(yùn)算能力，是經(jīng)過(guò)精簡(jiǎn)的，當(dāng)然這些都是老外做的，關(guān)于卡爾曼濾波，我找了很多資料，詳見(jiàn)附件內(nèi)容。