平衡小车设计.docx

【摘要】近年来，自平衡小车的技术已经得到了长足的发展和应用。本方案中，我们就是要制作一个简易的二轮自平衡小车，实现简单的站立行走功能。本文设计的二轮自平衡小车系统，采用STM32F103C8T6微处理器作为主控制器。以MPU-6050传感器作为姿势检测部件，从而完成系统的复杂性能。这样设计的问题在于，噪声干扰和随机飘移误差会影响陀螺仪和加速度计的测量从而会产生误差，为了补偿传感器测量出现的误差，我们采用卡尔曼滤波算法对陀螺仪和加速度计进行融合。误差补偿之后就可以计算出小车倾角与加速度的最优估计值。本设计有双闭环控制是以最优姿态角和小车速度做为反馈量，随后数据通过PID 控制算法最终实现小车的自平衡控制。然后进行系统的软硬件设计调试运行测试，最终小车能够稳定地实现自平衡控制。

关键词：STM32；MPU-6050；PID控制；卡尔曼滤波；二轮自平衡小车；

目录

摘要

Abstract

1.系统原理分析-3

1.1自平衡小车受力分析-4

1.2 倒立摆受力分析-5

1.3 平衡小车原理-6

2.系统的硬件设计-7

2.1 电源模块-7

2.2 主控制器模块-8

2.3 姿态检测模块-8

2.4 电机驱动模块-9

3. 系统的软件设计-9

3.1 系统的总体流程设计-9

3.2 系统初始化程序-10

3.3 卡尔曼滤波数据融合算法-11

3.3.1 卡尔曼滤波算法-11

3.3.2 卡尔曼滤波器设计-11

3.4 PID控制算法-12

3.5 电机控制策略-13

4. 系统调试-13

4.1 系统的硬件调试-13

4.2 系统的姿态检测模块调试-13

4.3 系统的PID控制参数设定-13

4.4 系统的动态测试-14

4.5调试结果-14

5. 结语-14

参考文献-15

致谢-16