基于遗传PD控制的两轮平衡车系统设计

发布时间：2024-02-14 02:47

　　两轮自平衡车以其操作简单、节能环保、运动灵活等优点已经被广泛研究。两轮平衡车是一个非线性的不稳定系统,其原理与倒立摆类似。本文设计了一个基于遗传PD控制的两轮平衡车系统,系统中小车的平衡与运动控制通过基于遗传算法的PD控制器来实现,具有更好的控制效果,在实际工程应用中具有参考价值。首先,本文完成了硬件电路系统的原理图和PCB设计,包括主控电路、惯性传感器电路、电平转换电路等等。从元器件的选型到硬件电路板的焊接与测试,给两轮平衡车系统搭建了完整的硬件平台。本文中主控芯片使用飞思卡尔K60系列芯片,其内部集成cortex-M4内核,具有强大的数据处理能力。小车要达到自平衡的要求,车体的实时倾角是一个非常重要的参数。本文倾角数据由加速度计和陀螺仪采集而来,通过互补滤波和卡尔曼滤波两种算法来进行加速度计和陀螺仪的数据融合,再通过Matlab仿真对比滤波效果,以滤波后得到的倾角值作为重要参数来调节小车的平衡和运动状态。最后,对两轮平衡车系统进行了数学建模,从模型的角度去分析如何实现小车的自平衡与运动控制。本文基于遗传算法的思路和步骤,设计了基于遗传算法的PD控制器,从原理上来分析遗传算法的优势。...

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

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哈尔滨理工大学工程硕士学位论文品；尽管Ｓｅｇｗａｙ采用的ＶＧＳ－３陀螺仪，体积小了，成本也仍然是个高大上的贵族玩具，使Ｓｅｇｗａｙ的售价居高不下。产品到普及化的转折，主要得益于苹果公司的ｉＰｈｏｎｅ?４手机。机首次引入了电子陀螺仪，迈出了精密传感器从军用转向民用陀螺仪的广泛使用使....

图１－２奧运会使用的平衡车??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｗｏ－ｗｈｅｅｌｅｄ?ｓｅｌｆ－ｂａｌａｎｃｉｎｇ?ｖｅｈｉｃｌｅ?ｕｓｅｄ?ａｔ?Ｏｌｙｍｐｉｃｓ?ｉｎ?Ｂｅｉｊｉｎｇ??

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图１－３国产九号平衡车??Ｆｉｇ．?１－３?Ｄｏｍｅｓｔｉｃ?Ｎｉｎｅｂｏｔ??

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图２－１加速度计角度测量原理图??Ｆｉｇ．?２－１?Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ?ａｎｇｌｅ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ??可得：??

两轮平衡车利用加速度计测出重力加速度在ＸＹＺ三个轴上的分量，然??后利用各个方向的分量与重力加速度的比值来计算出小车大致的倾角。??加速度计的工作原理图如图２－１所示：??图中ｇ为重力加速度，ａＹ为加速度计在Ｙ轴上得到的加速度值，ａｚ为??加速度计在Ｚ轴上得到的加速度值。加速度计....

本文编号：3897619