平衡车核心板原理图
平衡车专用无刷电机驱动电路原理图
D
1MA
IR2101 1J1 5 4 3 2 1 1J2 6 5 4 3 2 1 CON4 5V C 1R8 10K 1EL 1C5 104P CON5 GND 1VRI 1Z/F 1M 1EL 5V GND 1Hc 1Hb 1Ha 5V 1J3 1 2 3 OUT 1MA 1MB 1MC
1R2 100R
Vin OUTPUT GND Feedback on/off
U1 LM2575
U2 7805 IN GND 12VA 1 OUT 3 5V C6 104P C7 104P C8 104P C9 104P C10 104P C11 104P C16 C17 220uF/10V220uF/10V C23 100F/16V
12V C1 104P C2 104P C3 104P C4 104P
L2 100uH C12 100uF/25V
12VA R2 10K R3 1.2K C5 104P
L1 1mH C13 220uF/25V D1 SS210
1 2 3 4 5
V
2
12VA 5V C18 104P C19 104P C20 104P C21 104P C22 104P C25 104PK C24 47uF/35V Title Size B Date: File: 5-Feb-2015 Sheet of E:\居逸电子\市场部\淘宝产品\无刷电机驱动模块 Drawn\无刷电机驱动器 By: .Ddb 6 Number Revision A
1
2
3
4
5
6
1D1 12V 1U1 D 1AT 1AB 1 2 3 4 1N4148 8 VCC VB 7 HIN HO 6 LIN VS 5 GND LO 1R1 100R 1C1 106P
平衡车平衡原理 Arduino
图3
在角度反馈控制中， 与角度成比例的控制量是称为比例控制； 与 角速度成比例的控制量称为微分控制（角速度是角度的微分） 。因此 上面系数 k1,k2 分别称为比例和微分控制参数。 其中微分参数相当于 阻尼力， 可以有效抑制车模震荡。 通过微分抑制控制震荡的思想在后 面的速度和方向控制中也同样适用。 总结控制车模直立稳定的条件如下： （1）能够精确测量车模倾角θ的大小和角速度θ'的大小；
四、转向控制（PD 算法） 通过左右电机速度差驱动小车转向消除小车距离道路中心的偏 差。通过调整小车的方向，再加上车前行运动，可以逐步消除小车距 离中心线的距离差别。 这个过程是一个积分过程， 因此小车差动控制 一般只需要进行简单的比例控制就可以完成小车方向控制。 但是由于 小车本身安装有电池等比较重的物体， 具有很大的转动惯量， 在调整 过程中会出现小车转向过冲现象， 如果不加以抑制， 会使得小车过度 转向而倒下。 根据前面角度和速度控制的经验， 为了消除小车方向控 制中的过冲，需要增加角度微分控制。
三、测速（物理模型 建立数学模型 传递函数 PD 算法） 假设小车在上面直立控制调节下已经能够保持平衡了， 但是由于 安装误差， 传感器实际测量的角度与车模角度有偏差， 因此小车实际 不是保持与地面垂直，而是存在一个倾角。在重力的作用下，小车就 会朝倾斜的方向加速前进。 控制速度只要通过控制小车的倾角就可以 实现了。具体实现需要解决三个问题： （1）如何测量小车速度？ （2）如何通过小车直立控制实现小车倾角的改变？ （3）如何根据速度误差控制小车倾角？ 第一个问题可以通过安装在电机输出轴上的霍尔测速来测量得 到小车的车轮速度。如图 4 所示。利用控制单片机的外部中断 IO 口 在不间断测速，速度为脉冲信号的个数可以反映电机的转速。
基于STM32的自平衡车系统的设计与实现(定稿)
基于STM32的自平衡车系统的设计与实现学院：专业：姓名：指导老师：计算机学院计算机科学与技术蔡瑞峰学号：职称：160201102848 宋琛讲师中国·珠海二○二○年五月诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计《基于STM32的自平衡车系统的设计与实现》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。
本人签名：日期： 2020 年 5 月 1 日基于STM32的自平衡车系统的设计与实现摘要随着新时代技术的不断革新，人们对日常使用的机器人系统有了更多的需求，因此衍生出多种不同类型、形态各异的机器人，有日常生活中的扫地机器人、汽车组装厂的机械臂，酒店中的智能服务机器人等等。
而自平衡车系统则是其中一个很具代表性的机器人科技产物。
平衡车相比其他传统代步工具而言，集轻便、无污染、速度适中、价格成本低等优点于一身，使人们的日常生活变得更加便利，成为了人们出行新的性价比极高的代步工具。
自平衡车系统是基于STM 32设计实现，通过以STM 32作为核心控制板，集成陀螺仪模块、驱动电机模块、超声波模块、电机模块等组成整个平衡车结构。
为实现小车平衡，使其实现站立平衡行走，通过运用平衡原理，测量小车倾角和角速度控制小车加速度即加入PID算法，调节参数，实现小车平衡行走。
PID算法通过对小车角度进行测量（PD算法）是小车在直立控制下保持平衡，再通过对小车测速（PI算法），使小车通过改变倾角来控制速度，进而对自身姿势进行调整。
关键词：机器人；自平衡车系统；性价比；模块；PID算法Design and implementation of self-balancing vehicle system based onSTM32AbstractWith the innovation of the new era of technology, people for daily use of robotic systems have more demand, so a variety of different types of forms are derived from the robot, a sweeping robot car assembly plant in everyday life of mechanical arm, the intelligent service robot, and so on and the balance in the hotel car system is one of the very representative of the robot technology balanced car, compared with other traditional transport sets of portable pollution-free speed moderate price low cost advantages in one, make People's Daily life become more convenient, has become a new travel the transport of high performance-price ratio The self-balancing vehicle system is designed and realized based on STM 32. By STM 32 as core control board, integrating gyroscope module driven motor module ultrasonic module of the whole car balance structure to achieve the car balance, make its standing balance walking, by using the principle of balance, measuring Angle and angular velocity control car the car acceleration to join the PID algorithm, namely to adjust parameters, to achieve the car balance walking PID algorithm based on Angle measurement algorithm (PD) is the car under control in the vertical balance, again through the car speed (PI algorithm), make the car to control the speed by changing the Angle, and then adjust their own position. Keywords: Robot; The self-balancing vehicle system;Cost performance; The module; PID algorithm目录1 绪论 (1)1.1课题研究现状 (1)1.2课题研究意义 (1)1.3课题研究内容与目标 (2)2系统总体设计 (2)2.1系统总体方案设计 (2)2.2系统平衡原理设计 (3)3系统硬件设计 (3)3.1单片机 (3)3.2电源模块 (4)3.3陀螺仪模块 (4)3.4驱动电机模块 (5)3.5电机模块 (7)4系统软件设计 (7)4.1程序初始化 (7)4.2平衡算法 (7)4.2.1角度（PD算法） (8)4.2.2速度（PI算法） (8)4.2.3串级PID (9)5系统测试 (10)5.1系统测试概述 (10)5.2系统测试内容 (10)5.3系统测试结果 (12)6 总结 (12)参考文献 (14)谢辞 (15)附录 (16)1 绪论1.1 课题研究现状随着近几年科技行业的迅速发展，因时代需要，各种平衡小车（Balance of the car）在此背景下应运而生，平衡小车作为一种新兴行业里的前沿技术之一——机器人技术，不但顺应时代潮流的发展，还符合市场需求。
自己做辆平衡车（上）
自己做辆平衡车（上）平衡车是现在市面上比较热销的一种科技产品，受到很多青少年的喜爱。
但出于安全方面的考虑，平衡车的出行还是受到了诸多限制。
此外，一辆平衡车价格不菲，大多数青少年难以承受。
本期我们就来制作一辆简单的平衡车，它虽不能真正用来驾行，但依然可以让你体验到玩平衡车的乐趣。
基本原理平衡车能够实现自主平衡，主要是运用了倒立摆的控制原理。
倒立摆，如上图所示，支撑的细杆位于摆的下方，而小球位于其顶端。
倒立摆在自然状态下是不稳定的，无法保持平衡，必须施加外力，从外部进行控制，才能确保摆不会倒下。
比如，若细杆顶端的小球往左侧倾斜（见蓝色箭头），则需要把下方的小车也往左侧移动（见红色箭头），这相当于给细杆的底端施加一个向左的力，能让摆重回竖直。
平衡车就是通过不断地改变小车的运动方向，使小车的车身在竖直方向上保持一个动态平衡。
市面上的平衡车都采用了这种原理，只是它们的平衡调节更加精密，小车运动控制得很迅速也很细微，站在车上不会明显感觉出来。
对于平衡车车身后仰或者前倾的趋势，控制系统必须及时进行纠正。
但纠正太早了可能使车子运动过快，变成相反姿态而失去控制；纠正太晚了可能已经错过时机，无法恢复平衡，最后导致车子倾倒。
要确知什么时刻纠正才恰当，就需要借助一个姿态反馈机构，及时改变车轮的运动状态。
我们制作的平衡车为双轮结构，这里使用限位开关作为机械传感器用于反馈平衡车的姿态。
同时把电池盒用支架竖起来，把重心移到顶端，整体构成倒立摆的结构。
另外，在限位开关的弹片上安装一个触碰球，当平衡车的车身没有后仰时，触碰球不着地，限位开关不被触发，电机向一个方向转动，驱动车子前进；当车子的车身后仰到一定角度时，触碰球着地，触发限位开关，电机改为相反方向转动，从而驱动车子后退。
制作过程1. 参照2017年第6期《奔跑吧，仓鼠》一文，制作减速电机并安装电池盒。
2. 取下输出转动轴，在其两端各套上一个带孔的单层齿轮，作为两侧车轮的内侧轮毂。
平衡车控制原理
平衡车控制原理
平衡车，又称电动平衡车、电动独轮车，是一种个人代步工具，其控制原理是通过重心的转移来实现平衡和转向。
平衡车的控制原理可以分为两个方面，平衡控制和转向控制。
首先，我们来看平衡控制的原理。
平衡车内部配有一台称为陀螺仪的装置，它可以感知车身的倾斜角度。
当骑行者身体向前倾斜时，陀螺仪会感知到这一倾斜动作，并通过内部的控制系统来调整车轮的转速，使车身保持平衡。
同样，当骑行者身体向后倾斜时，陀螺仪也会做出相应的调整，确保车身不会倾倒。
这种平衡控制原理类似于人类走路时的平衡动作，只不过是由电子装置来完成。
其次，我们来看转向控制的原理。
平衡车在转向时，同样是通过骑行者的身体动作来实现。
当骑行者想要向左转时，他会向左侧倾斜身体，陀螺仪感知到这一动作后，会减缓左侧车轮的转速，使车身向左转向。
反之，当骑行者想要向右转时，他会向右侧倾斜身体，陀螺仪会做出相应的调整，使车身向右转向。
这种转向控制原理也是仿照了人体的自然动作，通过身体的倾斜来实现车辆的转向。
总体来说，平衡车的控制原理是基于陀螺仪感知骑行者的身体动作，通过内部的控制系统来调整车轮的转速，从而实现平衡和转向。
这种控制原理简单而有效，使得平衡车成为了一种便捷的个人代步工具。
随着科技的不断进步，平衡车的控制系统也在不断完善，未来有望实现更加智能化和精准化的控制，为人们的出行带来更多的便利和乐趣。
读书报告：平衡车的原理及功能实现方法
读书报告：平衡车的原理及功能实现方法载人平衡车是一种靠电能提供能源，能够载人直立平衡行走的交通工具。
随着社会的发展，公共交通的拥堵也成为普片现象，越来越受到人们的关注。
载人平衡车由于其体积小巧轻便，适用能力强，能够有效缓解交通压力。
两轮自平衡车是当今机器人研究领域的一个重要分支,它涵盖了电子、机械、自动控制与信号处理等多个学科。
其结构类似于倒立摆,具有非线性、强耦合的特性。
由电源、电动机构成其原动机模块；由机构件轮、轴构成其机械传动机模块；由控制芯片、陀螺仪构成其信息机模块。
平衡车模块简图一．原动机模块2个直流电动机安装在车体平台下面，驱动电机的H桥由4个N沟道功率MOS管AUIRFB4410组成[5j。
采用IR公司的IR2184作为MOS的栅极驱动器,IR2184是一种双通道、高速高压型功率开关器件，具有自举浮动电源。
在自举上作模式下，对自举电容和自举_极管的要求都较高。
自举电容的耐压值仅为VCC的电压，但其容量由下列因素决定:驱动器电路的静态电流、电平转换器电流、MOSFET的栅源正向漏电流、MOSFET的栅极电容的大小、自举电容的漏电流的大小、以及上作的频率。
为了减少自举电容的漏电流，应尽量采用非电解电容，本系统中采用陶瓷电容。
自举_极管必须能够承受干线上电压的反压，当开关频率较低时，要求电容保持电荷较民时间，一极管的高温反向漏电流尽量小。
同样为了减少自举电容反馈进电源的电荷数量，_极管应选用超快恢复_极管。
在本系统中自举_极管采用了快恢复一极管FR307，自举电容采用1 uF的陶瓷电容，完全满足本系统的需要。
驱动电路中在栅极也串联了一个10 S2的小电阻，虽然这个电阻会影响一定的MOS开启速度，但可以减少栅极出现的振铃现象，减少EMI;为了加快MOS 管的关断速度，在设计电机驱动电路时在栅极电阻上反向并联了一个_极管;另外在栅极对地接了一个lOK的下拉电阻，这个电阻可以防比MOSFET被击穿;最后在电机的输出端对电源和地接了4个TVS管，一方而可以续流，另外还可以抑制大的尖峰脉冲。
平衡车的工作原理
平衡车的工作原理平衡车是一种以自平衡为特点的个人交通工具，随着城市交通拥堵问题的日益突出，平衡车逐渐成为人们出行的新选择。
那么，平衡车是如何实现自平衡的呢？本文将介绍平衡车的工作原理，并深入探讨其自平衡的机制。
一、平衡车的基本组成和工作原理平衡车由车身、电机、电池、陀螺仪和加速度传感器等组件构成，它们共同协作完成平衡车的运行。
具体来说，平衡车通过感知车身姿态的变化，然后控制电机的转速和方向来实现自平衡效果。
1. 陀螺仪的作用陀螺仪是平衡车的核心感应装置，它能够感知平衡车的角度和方向变化。
当平衡车倾斜时，陀螺仪会感应到这一变化，并根据倾斜的方向和角度向控制系统发送信号。
2. 加速度传感器的作用加速度传感器主要用于检测平衡车的加速度和速度。
它能感知平衡车的前后倾斜和加速度变化，并将这些信息传输给控制系统。
3. 电机的作用电机是平衡车的驱动装置，其转速和方向的变化直接影响着平衡车的运行状态。
控制系统会根据陀螺仪和加速度传感器的信号来调整电机的转速和方向，以实现平衡车的自平衡。
二、平衡车的自平衡机制平衡车的自平衡机制主要依靠PID控制算法实现。
PID控制算法（比例 - 积分 - 微分控制算法）是一种常用的控制方法，它通过计算误差信号的比例、积分和微分来调整控制器的输出，以达到控制目标。
1. 比例控制比例控制是PID控制算法的第一个环节，它根据陀螺仪和加速度传感器的信号计算出车身倾斜的角度误差。
然后，控制系统通过调整电机的转速和方向来减小这一误差。
2. 积分控制积分控制是PID控制算法的第二个环节，它将之前累积的误差进行积分计算，并利用这个积分值调整电机的输出。
积分控制的作用是消除比例控制无法完全消除的静差，提高系统的稳定性。
3. 微分控制微分控制是PID控制算法的第三个环节，它基于误差的变化率来调整电机输出。
微分控制能够根据平衡车的倾斜速度和加速度的变化快速响应，以提高系统的动态响应性。
通过比例、积分和微分的组合调节，PID控制算法能够根据陀螺仪和加速度传感器的反馈信号，精确计算出电机的转速和方向，从而实现平衡车的自平衡。
平衡车的原理是什么
平衡车的原理是什么
平衡车，是一种新型的个人代步工具，它的出现给我们的生活带来了很大的便利。
那么，平衡车的原理是什么呢？接下来，我们就来详细解析一下。
首先，平衡车的原理基于动力学和控制理论。
它的核心部件是一组陀螺仪和加
速度传感器，通过这些传感器，平衡车能够感知车身的倾斜角度和加速度，从而实现自动平衡。
当骑手倾斜身体时，传感器会感知到这一变化，然后通过控制系统调整车轮的转速，使车身保持平衡状态。
其次，平衡车的原理还涉及到电机和电池。
平衡车通常采用电动机驱动，电池
供电。
电机通过控制系统接收传感器的信号，调整车轮的转速，从而实现平衡。
而电池则为电机提供能量，使平衡车能够正常运行。
此外，平衡车的原理还与机械结构有关。
平衡车采用了特殊的双轮设计，通过
合理的机械结构来实现平衡。
在车轮之间有一个平衡杆，通过这个平衡杆来保持车身的平衡。
当车身倾斜时，控制系统会通过电机调整车轮的速度，使车身恢复平衡。
总的来说，平衡车的原理是基于传感器、控制系统、电机和机械结构的协同作用。
传感器感知车身的倾斜角度和加速度，控制系统根据传感器的信号来调整车轮的转速，电机和电池提供动力，机械结构保持车身的平衡。
通过以上的解析，我们可以看出，平衡车的原理并不复杂，但是却涉及到了多
个学科的知识，如动力学、控制理论、电子技术和机械设计等。
只有这些知识的综合运用，才能实现平衡车的自动平衡功能。
希望通过这篇文章，能让大家对平衡车的原理有一个更加清晰的认识。