2013.5.10_4直立车速度控制原理
直立车控制我之初见
直立车控制，我之初见海南大学越努力越幸运前言首先我想说仅凭华南赛区一等奖的成绩是完全不应该大言不惭的写这些东西，但是又想和大家分享我做直立车一年的经验，其一算是自己对直立车看法的一些总结，再者也是希望能给以后入门车友们一些建议，让他们尽量少走弯路，所以还是决定写点东西。
然而，从执笔到停笔，不经意洋洋洒洒写了一万多字，庆幸的是整篇文章并不是我一人的片面之言，而是综合了颇多获得国特、国一和其他有想法有见解的车友的对直立车的认识与看法，忽略我，此文可谓集大家之成，由此我认为这篇文章是具有一定的参考意义的。
所以希望有心之人能认真阅读。
自认为这是应该算是一篇直立车的入门教程，但由于本人的水平有限，所以肯定有不当之处，因此还请大家海涵，也期待你们能指正并不吝赐教。
同时衷心希望借此机会与大家互相学习、共同进步！最后，十分感谢一路走来车友们对我的帮助与支持以及他们与我真诚地交流，谢谢！换一种思维理解直立车在阅读我后面逐个讲解直立、速度、转向及机械这一大堆废话之前，我想首先用最通俗的言语和你们讨论直立车到底是如何实现直立、跑动以及转向的。
上图是以我的理解画的简化后的直立小车受力分析图，主要由电池、底盘、车轮以及电机组成。
假如我们已经组装了一辆具有机械零位的小车，平衡位置上图所示，也就是这个位置是它能够站起来的状态，如果受外力前倾或者后仰，小车就会倒下。
前倾和后仰都是绕车轴旋转，为什么会旋转？其实就是小车合力矩越过了过车轴并垂直地面的支点线。
简单的理解可以认为前部分弯矩大于后部分弯矩就往前趴；后部分弯矩大于前部分弯矩就向后仰。
我们仔细分析这张图来理解小车是如何稳定的立起来的，这里我就不采用经典的单摆模型去解释了，而是根据上图由系统受力平衡去分析。
我们知道弯矩是力矩的一种，即是力和力臂的乘积，小车有机械零位也就是存在除车轮以外无其他部位接触地面时的平衡位置。
立起来的小车在外界干扰下偏离此位置时，前后力矩由于力臂长度的改变从而不再相等即打破平衡状态，因此若不引入电机的干扰小车就会倒下。
4.平衡小车直立控制原理
2
向相反。
图4 单摆及其运动曲线 类比到我们的平衡小车， 为了让小车能静止在平衡位置附近， 我们不仅需要 在电机上施加和倾角成正比的回复力，还需要增加和角速度成正比的阻尼力， 阻 尼力与运动方向相反。这样，小车的平衡控制算法可以进行改写
图3 小车在平衡位置震荡 从上面的分析可知， 是因为小车绕轴转动时具有的惯性， 也就是小车具有一 定的转动惯量，如果转动惯量为零，那似乎就可以解决上述的问题了。我们先看 一下转动惯量的计算公式。
I mi ri 2
i
（1-2）
其中 m 是其质量， r是质点和转轴的垂直距离。 我们既无法让小车的质量为 零， 也无法让等效的质点与电机转轴的距离为零。 所以， 转动惯量是客观存在的。 下面我们分析一下单摆模型，如图4所示。在重力作用下，单摆受到和角度 成正比，运动方向相反的回复力。而且在空气中运动的单摆，由于受到空气的阻
I mi ri 2
i
（1-4） （1-5）
M Fi Li
i
在小车质量一定的情况下，重心位置增高，因为需要的回复力减小，所以比 例控制系数下降；转动惯量变大，所以微分控制系数增大。 在小车重心位置一定的情况下，质量增大，因为需要的回复力增大，比例控 制系数增大；转动惯量变大，所以微分控制系数增大。
1
述就是：小车往前倾时车轮要往前运动，小车往后倾时车轮要往后运动，让小车 保持平衡。理想状态下，只要我们可以控制电机的加速度和小车的倾角成正比， 就可以让小车保持平衡。
a b1
（1-1）
实际上，小车到达平衡的位置之后，因为 为零，所以a输出为零，但是此 时小车并没有和我们设想的那样保持静止，而是因为刚体绕轴转动时具有的惯 性，小车会往另外一个方向倒去，如此反复，我们便看到小车在平衡位置出现震 荡而无法静止。响应曲线如图3所示。
飞思卡尔直立车经验总结
飞思卡尔直立车经验总结1.车模运动任务分解：车模平衡、车模速度、车模方向。
其中，车模的平衡是通过电机的正反向运动实现的；车模的速度是通过控制电机的转速（实质是通过输出不同占空比的PWM波来实现的）；车模的方向控制则是通过电机的转动差速来实现的。
其中，车模的直立控制是关键，车模的速度控制在小车上表现为调节自身车模倾角达到以给定速度运行的目的。
归根结底，车模的三种控制最终都要回归到通过调节PWM波分别控制两个电机的转速来实现。
2.陀螺仪和加速度计的安装问题：两传感器最好安装在车模中心或偏下位置，稍微偏上或偏一侧也可以，偏一侧的话会使方向陀螺仪在左右转向时输出有差异，造成不对称的输出，对于车模的方向调节会有一定的影响。
另外需要注意：陀螺仪输出的模拟电压值很小，一般需要放大10倍左右，而加速度计的输出相对陀螺仪而言较大，并且也符合AD转换的模拟电压的范围，无需再放大。
由于购买的陀螺仪和加速度计模块都是厂家集成处理好的，外接的放大电路已经连接好了，故只需买现成的模块使用就行了，无需再自个搭建陀螺仪的外接放大电路了。
3.陀螺仪和加速度计的功能：陀螺仪是用来测量车模的角加速度的，其输出是与车模前倾或后仰的角速度成正比的模拟电压值。
加速度计是用来测量车模倾角的，其输出是与车模倾斜角度成正比的模拟电压值。
注意，两个传感器的输出的模拟电压值都是正值，如果使用12位的AD转换精度，那么它们输出的电压值都在0~4095之间，且都是整数。
4.车模的三种控制之间的关系：由于车模的直立控制是关键，因此，在控制其他两个量时，应尽量减少对车模直立控制的干扰。
三种控制最终都是通过控制车模的两个电机来实现，故它们之间存在着一定的联系。
在分析一种控制时，可以先假设另外两种控制都以达到平衡。
从控制的角度看，车模作为一个控制对象，其控制输入量是两个电机的转动速度。
5.传感器极性问题：传感器安装在车模的前面或后面（在同一面正着按或反着按）时车模前倾或后仰对应的模拟电压值可能会相反，这就是传感器的极性问题。
直立车原理
直立车原理
直立车，作为一种新型的交通工具，近年来备受关注。
它不同于传统的自行车
或者电动车，而是采用了一种全新的设计理念，使得车辆可以在不需要外部支撑的情况下保持直立状态。
那么，直立车的原理是什么呢？
首先，直立车采用了动力学控制系统，通过内置的传感器和电机来实现车辆的
平衡。
这意味着当骑手骑行时，车辆可以感知到身体的倾斜方向，并迅速做出反应，调整车辆的重心，以保持直立状态。
这一点和传统的自行车或者电动车有着明显的区别，它们需要骑手通过自己的力量来保持平衡，而直立车则可以更加智能地完成这一过程。
其次，直立车还采用了先进的悬挂系统和轮胎设计。
这些设计可以有效地减震
和吸收地面的颠簸，提高了车辆的稳定性和舒适性。
在行驶过程中，车辆可以更好地适应各种路况，保持平稳的行驶状态，给骑手带来更好的骑行体验。
除此之外，直立车还利用了高科技材料和轻量化设计，使得整车重量得到了有
效的控制。
这不仅有利于提高车辆的能效和续航里程，还可以减轻骑手的骑行负担，提高了骑行的便利性和舒适性。
总的来说，直立车的原理是基于动力学控制系统、先进的悬挂系统和轮胎设计，以及高科技材料和轻量化设计。
这些因素共同作用，使得直立车可以在不需要外部支撑的情况下保持直立状态，为骑手带来更加智能、稳定和舒适的骑行体验。
在未来，随着科技的不断进步和创新，相信直立车的原理还会不断得到优化和
升级，为人们的出行带来更多的便利和乐趣。
相信不久的将来，直立车将成为人们出行的首选，成为城市交通的一道亮丽风景线。
起重机控制控制原理
起重机控制控制原理（中间不可见内容需要把文档下载下来后把字体改为黑色）注：以下内容为通用起重机大车运行机构设计模板，大家只需要往里面代入自己的数据即可。
中间不可见内容需要把文档下载下来后把字体改为黑色才可见！7.1直当主令控制器处在下降自激动力控制挡位时，断开电动机的三相交流电源，给两相定子绕组通入给定的初激电流。
在位能负载的作用下，电动机旋转着的转子，其绕组切割由初激电流所建立的磁场产生电流。
感生电流经三相桥式整流后被送入电动机定子绕组，使励磁电流增大，气隙增大。
增强的磁场又使转子感应电流增大，转子电流与气隙磁场相互作用所产生的制动力矩也相应增大。
当制动力矩与位能负载作用在电动机轴上的力矩相等时，电动机的转子电流送入定子绕组的自激电流及电动机转速及保持不变，电动机的自激动力制动状态下稳定运行。
当改变电动机转子电路的电阻时，会引起转子电流、自激电流和制动转矩的变化，从而引起电动机转速的改变。
电动机必须运行到另一转速，其转子电流、自激电流和制动转矩才重新达到稳定。
因此通过改变电机转子电路的电阻值，能调节电动机的转速，从而达到调速的目的。
（1）主令控制器挡数为4-0-4（2）电阻器为四级可切除电阻和一级常接电阻（3）上升方向主令控制器的各档，电动机均运行在电动运转状态（4）下降方向主令控制器的第一、二、三档为自激动力制动挡，其中第一档为低速挡。
第二、三档为中速挡，第四档为回馈制动挡（高速挡）（5）主令控制器LK第三回路中4SJ延时触点，用于停车时防止溜钩，保证准确制动（6）主令控制器LK第九回路中3SJ延时触点，用于主令控制器从高速挡返回动力制动档时保证电动机必须经自激动力制动中速挡减速后，才能进入低速档运行。
这样可以避免电的和机械方面的过大冲击（7）JCJ为监察继电器。
二极管QZC、10ZL与它配合，用于监视电动机转子桥式整流电路中1ZL-6ZL整流管的好坏。
一旦1ZL-6ZL中有因故而短路的管子，JCJ立即吸合，切断控制电路电源，JCJ还能监视转子电路中可能出现的短路。
飞思卡尔直立平衡智能车的制作
其中：P为比例项系数，D为微分项系数小车 Nhomakorabea速度控制
检测小车当前实际运行速度的传感 器为编码器（如右上角图片所示）。 该编码器为512线编码器，即编码 器轴每转动一圈，就会产生512个 脉冲。编码器和小车轮子通过齿轮 咬合，即车轮转动编码器轴也跟着 转动，同时产生脉冲。车轮转动得 越快，产生的脉冲也就越多。通过 主控板上的单片机捕获编码器产生 的脉冲然后计算单位时间内编码器 产生的脉冲数就可以测得小车当前 的运行速度v。
direct _ control _ out P *err D * angular
其中：P为比例项系数，D为微分项系数
对小车电机的总输出
前面分析了要想让直立小车在跑道上匀速地跑需要对小车进行三个方面的 控制，这三个方面的控制对应有三个输出，分别为直立控制输出 angle_control_out、速度控制输出V_control_out和方向控制输出 direct_control_out。这三个输出的控制目标（或控制对象）虽然不同，但是 执行机构是一样的，都是小车上的一对电机。在这里，这三个控制输出线 性地叠加在一起，合成一个总的控制输出，作用在小车电机上。叠加公式 如下：
小车的速度控制
我们要求直立小车要在跑道上匀速运动，即我们期望小车的速度是恒定的 Ve。小车的速度控制实际上就是控制小车当前的实际速度接近或者达到我 们预先设定的期望速度。这里，我们采用PID控制策略中的P(比例)I（积分） 控制来控制小车的速度。 给定一个小车的期望速度Ve，同时由编码器测得小车当前的实际速度V,小 车的期望速度与实际速度作一个比较，得到速度偏差err。其中，速度偏差 err作为PI控制中P项的输入。PID控制策略中的积分项（即I项）实际上就是 偏差的累加再乘以一个积分系数I。设integration为速度偏差err的累积结果, 则速度偏差累积结果integration作为PI控制中I项的输入。得到以下速度PI控 制的公式：
直列式变速器工作原理
直列式变速器工作原理
直列式变速器是一种常见的汽车变速器类型，它通过一系列齿
轮和离合器来实现不同速度的传递。
下面我们来详细介绍一下直列
式变速器的工作原理。
1. 输入轴和输出轴。
直列式变速器有一个输入轴和一个输出轴。
输入轴通常与发动
机连接，输出轴则与车轮连接。
当发动机转动时，输入轴也会转动，从而驱动整个变速器系统。
2. 齿轮组。
直列式变速器内部有一组齿轮，它们的大小和齿数不同。
这些
齿轮通过齿轮轴相互连接，形成一个齿轮组。
当输入轴转动时，齿
轮组会根据不同的齿轮组合来实现不同的传动比。
3. 离合器。
直列式变速器中还包括多个离合器，它们的作用是在需要时将
特定的齿轮与输出轴连接起来，从而实现不同的速度传递。
当离合器脱离时，相应的齿轮与输出轴分离，不再传递动力。
4. 工作原理。
当车辆需要加速或者减速时，变速器会根据车速和发动机转速的需要，通过控制离合器的连接和脱离，来实现不同的齿轮组合。
比如在起步时，变速器会选择一个较低的传动比，以提供更大的扭矩；而在高速行驶时，会选择一个较高的传动比，以提供更高的速度。
总的来说，直列式变速器通过齿轮组和离合器的配合，实现了车辆在不同速度下的传动需求，从而使车辆在各种路况下都能够得到合适的动力输出。
车速工作原理
车速工作原理
车速是指车辆在单位时间内所能行驶的距离，一般以公里/小时（km/h）作为单位进行表示。
车速的工作原理主要涉及车辆的动力系统和运动学原理。
首先，车辆的动力系统是决定车速的关键因素之一。
汽车通常由发动机、传动系统和驱动轮组成。
发动机通过燃烧燃料产生动力，并将动力传输给传动系统。
传动系统将发动机的动力转化为驱动轮的转动力矩。
驱动轮与地面之间的摩擦力使车辆能够前进。
其次，运动学原理对车速的影响也不可忽视。
根据牛顿第二定律，力（F）等于物体的质量（m）乘以加速度（a）。
在车辆运动中，驱动轮受到发动机动力和阻力力的作用。
发动机动力推动车辆前进，阻力力则包括空气阻力、滚动阻力和坡度阻力等。
当发动机动力大于阻力力时，车辆会加速；当发动机动力等于阻力力时，车辆会保持恒定速度；当发动机动力小于阻力力时，车辆会减速或停止。
此外，车速还受到行驶路况和驾驶员的操作技巧影响。
行驶路况包括道路的平坦程度、坡度和弯曲程度等。
道路平坦且无障碍物时，车辆往往能够以较高的速度行驶；而道路蜿蜒曲折或有大坡度时，车辆的速度受限制。
驾驶员的操作技巧也会影响车速，例如合理的加速、制动和转向能够提高车辆的行驶效率和安全性。
综上所述，车速的工作原理主要涉及车辆的动力系统、运动学
原理以及行驶路况和驾驶员的操作技巧。
这些因素的相互作用决定了车速的大小。
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上一节中讲到速度控制，说到速度控制是往那边运动就减去此时的速度是错的。
那正确的是怎么样的呢？其实正确的方法是向那边运动电机的转速就加上此时车的速度，使得车子的速度更大。
例如此时想要保持车子静止速度为零，而由于误差车子会向某个方向运动有一个速度V1，那么此时想让他保持静止的话，就让此时电机的转速（pwm）+V1，使得车的做加速运动的到一个更大的速度V2。
说到这是不是就有点迷糊了，本来车子已经运动了，想让它静止不是减去现在的速度而是要加上现在的速度，让车跑的更快，那车子怎么可以静止呢？
其实这个问题网上有很多人都遇到了，懂的人都说电机极的性反了，我当时也试过让电机的速度加上此时的速度，可能是当时参数不对车子猛地一下就倒了，所以我也就忽略了电机极性反了的具体含义，也让我更加确定速度控制的极性和运动方向的极性是相反的，所以在这条错误的路上纠结了好久。
可为什么不是减而是加呢？
这就要再次提出“保持速度一定”这句话了，以让车子保持静止速度为零为例。
首先先回顾一下我的错误，还记得我先前所说的错误在哪吗？错就错在我是直接控制电机的速度来控制车子速度的，主意，是直接！这就是最大的错误。
在上一节我讲到车子有跑一段，然后倒下的情况，那么为什么会倒呢？其实很简单，电机的转速为零了车子自燃就倒下了。
车子运动对速度进行积分导致这个积分的数值已经达到正好可以抵消直立控制所产生的的加速的了，也就是说这时的直立控制已经不
起作用了，我成功的把电机的速度控制为零了，车子当然就倒下了。
又迷惑了吧，这一部分不明白也没事，我只是详细的解释了一下错误的缘由和产生的效果便于大家更彻底的理解速度控制而已。
言归正传，现在来说速度控制真正的原理。
其实对车子速度的控制在这不是通过直接控制电机的转速实现的，而是通过控制车子的倾斜角度间接控制电机的。
我在直立控制中讲过，车子向哪边倒车子就要向哪边加速还记得吗？同样，如果车子突然哪边加速由于惯性，车子是不是就会向反方向倾斜呢？这是当然的。
（不信你找根棍子立在手上，手突然向某方向运动试试。
）
这就是为什么前面我们将到此时要用电机的速度加上车子运动的速度的原因了。
因为在此刻的速度上又加了一个速度，车子必然会突然向前运动，由于惯性车子必然会向方向倾斜，那么由于直立控制必然会有一个反方向的加速度，这样一来车子就会向反方向运动了。
由此一来车子就会像荡秋千一样在一个点的来回震荡。
要消除次震荡又得借助PID控制了，P参数的调节会减小震荡的幅度，D参数相当于震荡是的阻尼力，可以加快震荡的稳定。
下面在总结几个常见的问题：
1.小车直接以前倾的起跑姿势出发，冲出去倒地（向反方向倒地）。
这种情况在速度闭环控制的P给的非常大的情况下出现。
2.小车向前加速在减速到停在原地后仰头向后加速在减速又停在原地，如此震荡几次，并且震荡的距离越来越大直至倒地。
这种情况是出现在I比较大的时候。
3.小车先向前加速再减速至停止几秒后，继续向前加速再减速至停止，如此往复，一走一停的，总体趋势是向前挪动。
这种情况是出现在PI值都相对适中的时候。