一种双电机电动滑板车控制方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双电机电动滑板车控制方法及其系统，采用陀螺仪测量电动滑板车运行的状态，针对不同的情况，实现对力矩的合理分配，实现精准的控制。在转向的时候，允许电机在负载不同的情况下，实现电动滑板车自适应差速转弯性能，减少了能量损耗，提高了系统的续航能力，通过将陀螺仪测量角度中所对应方向的测量值作为，将产生的速度补偿给到转矩调节分配器中，即将对系统影响最大的角度值的补偿值直接给到转矩调节分配器中，加快了系统的调节作用。将对系统影响较小的两个角度值的补偿值给到给定速度的PI调节器中，对系统进行缓慢调节。通过转矩调节分配器的合理分配之后，能够根据各种路况进行自适应调节。

A control method and system of double motor electric scooter

【技术实现步骤摘要】
一种双电机电动滑板车控制方法及其系统
本专利技术属于电动滑板车控制
，具体涉及一种双电机电动滑板车控制方法及其系统。
技术介绍
由于国家经济飞速发展，私家车数量越来越多，极容易导致交通瘫痪；另外在一些比较窄小的地方，也不适合汽车通行，而且汽车排放大量的废气，污染空气。所以很有必要设计一款体积小、可调速并且环保的电力控制系统装置。将该装置固定在任何一个体积比较小的装置(如传统滑板，自行车等)上面，就可以轻松改变传统的代步工具。加入该控制装置的代步工具与传统的相比较更加省力，速度更快，而且方便携带。该控制系统的引入，大大解放了人，而且符合国家绿色发展的理念，使人们的出行更加便捷，高效，适应了时代发展的需求。目前，大多数电动滑板车续航能力不足，控制精度不高，能量损耗严重，因此如何设计一种新型双电机电动滑板车控制方法及其系统非常具有实际工程价值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种双电机电动滑板车控制方法及其系统，提高了系统的控制精度，稳定性和耐用性，降低了系统的能量损耗。本专利技术采用以下技术方案：一种双电机电动滑板车控制方法，将实际行驶过程中陀螺仪测出的横滚角θi1、俯仰角θi2、航向角θi3与水平路面上陀螺仪测出的三轴角度为θi1*、θi2*、θi3*进行做差，将差值经过一个PI调节器，产生三个速度补偿ωc1，ωc2，ωc3；再将系统速度的给定值与实际的电机转速值以及速度补偿值ωc2，ωc3经过运算之后得到一个差值esr＝(ω*-ωi)+ωc2+ωc3，将差值esr经过一个PI调节器得到系统给定的参考电流值I*；然后将陀螺仪测量角度中||θi1-θi1*|,|θi2-θi2*|,|θi3-θi3*||max所对应方向的测量值作为θi1，将产生的速度补偿ωc1给到转矩调节分配器，将参考电流值和速度补偿ωc1经转矩调节分配器进行合理分配，使电机实现差速平稳转向；将合理分配后的电流，经电流调节器，使电流跟随给定电压变化，然后经PWM控制器，产生一系列PWM波来对电机的速度进行控制；同时电机将工作时的电流反馈回电流调节器，形成了一个闭环控制系统，对电机转子的位置进行检测，将检测后的位置参数反馈给PWM控制器，形成一个位置反馈的闭环系统，同时将位置参数经过电流检测反馈给转矩分配调节器，形成了一个速度反馈的闭环系统，实现对电机的控制。具体的，当给定的电机转速大于电机的实际转速且给定电机转速与实际电机转速差的绝对值大于限定误差C时，增加给定水平路面行驶的参考电流值I1*；当给定的电机转速小于电机的实际转速且给定电机转速与实际电机转速差的绝对值大于限定误差C时，减小给定水平路面行驶的参考电流值I1*。具体的，水平路面行驶时，陀螺仪所测量的三轴角度|θi1-θi1*|＜Cm1，|θi2-θi2*|＜Cm2，|θi3-θi3*|＜Cm3；Cm1，Cm2，Cm3为水平条件下误差的最大值，给定水平路面行驶的参考电流I1*为：I1*＝(ω*-ωi)*Kp+(ω*-ωi)*Ki其中，ω*为给定参考速度，ωi为测量速度，Kp为比例常数，Ki为积分常数。进一步的，当两个电机的速度均未达到设定的最小转速ω*min或两个电机的转速差小于其平均转速的1％或陀螺仪测量的三轴角度|θi1-θi1*|＜Cm1，|θi2-θi2*|＜Cm2，|θi3-θi3*|＜Cm3时，采用转矩平衡分配模式。更进一步的，两个电机的转矩相同：I1＝I2＝0.5I1*。具体的，在非水平路面或转弯路面行驶时，陀螺仪所测量的三轴角度|θi1-θi1*|≥Cm1、|θi2-θi2*|≥Cm2、|θi3-θi3*|≥Cm3；给定非水平路面或转弯路面行驶时的参考电流I2*为：I2*＝[(ω*-ωi)+ωc2+ωc3]*Kp+[(ω*-ωi)+ωc2+ωc3]*Kiωc2＝(θi2*-θi2)*Kp2+(θi2*-θi2)*Ki2ωc3＝(θi3*-θi3)*Kp3+(θi3*-θi3)*Ki3其中，ω*为给定参考速度，ωi为测量速度，ωc2，ωc3为补偿速度，θi2*，θi3*为水平条件下陀螺仪三轴角度中偏差最小的两个测量值，θi2，θi3为陀螺仪测量的三轴角度中偏差最小的两个值，Kp2为补偿速度ωc2的比例常数，Ki2为补偿速度ωc2的积分常数，Kp3为补偿速度ωc3的比例常数，Ki3为补偿速度ωc3的积分常数，Kp为给定参考电流I2*的比例常数，Ki为给定参考电流I2*积分常数。进一步的，在转弯路面行驶时，θi1测得的角度为三轴陀螺仪的横滚角，θi2，θi3所测得的角度为三轴陀螺仪的俯仰角跟航向角；当θi1＜-Cm1+θi1*，电动滑板车为左转向：当θi1＞Cm1+θi1*，电动滑板车为右转向：ωc1＝(θi1*-θi1)*Kp1+(θi1*-θi1)*Ki1其中，I2*为给定非水平路面或转弯路面行驶时的参考电流，ωc1为补偿速度，k为比例常数；θi1*为水平条件下三轴陀螺仪所测量的横滚角，Kp1为补偿速度ωc1的比例常数，Ki1为补偿速度ωc1的积分常数。进一步的，在倾斜路面行驶时，θi1测得的角度为三轴陀螺仪的俯仰角，θi2，θi3测得的角度为三轴陀螺仪的横滚角跟航向角；当θi1＜-Cm1+θi1*，电动滑板车处于上斜坡状态：I1＝I2＝f(I2*,θi1)＝0.5*I2*+k*ωc1当θi1＞Cm1+θi1*，电动滑板车处于下斜坡状态：I1＝I2＝f(I2*,θi1)＝0.5*I2*-k*ωc1其中，I2*为给定给定非水平路面或转弯路面行驶时的参考电流，ωc1为补偿速度，k为比例常数；ωc1＝(θi1*-θi1)*Kp1+(θi1*-θi1)*Ki1其中，θi1*为水平条件下三轴陀螺仪所测量的俯仰角，Kp1为补偿速度ωc1的比例常数，Ki1为补偿速度ωc1的积分常数。进一步的，在倾斜路面转弯行驶时，θi1测得的角度为三轴陀螺仪的俯仰角，θi2，θi3测得的角度为三轴陀螺仪的横滚角和航向角；当θi1＜-Cm1+θi1*且θi2＜-Cm2+θi2*，电动滑板车处于上斜坡且左转状态：当θi1＞Cm1+θi1*且θi2＜-Cm2+θi2*，电动滑板车处于下斜坡且左转状态：当θi1＜-Cm1+θi1*且θi2＞Cm2+θi2*，电动滑板车处于上斜坡且右转状态：当θi1＞Cm1+θi1*且θi2＞Cm2+θi2*，电动滑板车处于下斜坡且右转状态：本专利技术的另一个技术方案是，一种电动滑板车控制系统，利用所述的双电机电动滑板车控制方法，包括：控制部分：采用STM32F103ZET6作为主控芯片；传感器部分：采用陀螺仪采集车身偏移的角度；供电部分：采用充电模块和蓄电池对电池充电和系统各部分的供电；主电路部分：功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双电机电动滑板车控制方法，其特征在于，将实际行驶过程中陀螺仪测出的横滚角θ

【技术特征摘要】
1.一种双电机电动滑板车控制方法，其特征在于，将实际行驶过程中陀螺仪测出的横滚角θi1、俯仰角θi2、航向角θi3与水平路面上陀螺仪测出的三轴角度为θi1*、θi2*、θi3*进行做差，将差值经过一个PI调节器，产生三个速度补偿ωc1，ωc2，ωc3；再将系统速度的给定值与实际的电机转速值以及速度补偿值ωc2，ωc3经过运算之后得到一个差值esr＝(ω*-ωi)+ωc2+ωc3，将差值esr经过一个PI调节器得到系统给定的参考电流值I*；
然后将陀螺仪测量角度中||θi1-θi1*|,|θi2-θi2*|,|θi3-θi3*||max所对应方向的测量值作为θi1，将产生的速度补偿ωc1给到转矩调节分配器，将参考电流值和速度补偿ωc1经转矩调节分配器进行合理分配，使电机实现差速平稳转向；
将合理分配后的电流，经电流调节器，使电流跟随给定电压变化，然后经PWM控制器，产生一系列PWM波来对电机的速度进行控制；同时电机将工作时的电流反馈回电流调节器，形成了一个闭环控制系统，对电机转子的位置进行检测，将检测后的位置参数反馈给PWM控制器，形成一个位置反馈的闭环系统，同时将位置参数经过电流检测反馈给转矩分配调节器，形成了一个速度反馈的闭环系统，实现对电机的控制。


2.根据权利要求1所述的双电机电动滑板车控制方法，其特征在于，当给定的电机转速大于电机的实际转速且给定电机转速与实际电机转速差的绝对值大于限定误差C时，增加给定水平路面行驶的参考电流值I1*；当给定的电机转速小于电机的实际转速且给定电机转速与实际电机转速差的绝对值大于限定误差C时，减小给定水平路面行驶的参考电流值I1*。


3.根据权利要求1所述的双电机电动滑板车控制方法，其特征在于，水平路面行驶时，陀螺仪所测量的三轴角度|θi1-θi1*|＜Cm1，|θi2-θi2*|＜Cm2，|θi3-θi3*|＜Cm3；Cm1，Cm2，Cm3为水平条件下误差的最大值，给定水平路面行驶的参考电流I1*为：
I1*＝(ω*-ωi)*Kp+(ω*-ωi)*Ki
其中，ω*为给定参考速度，ωi为测量速度，Kp为比例常数，Ki为积分常数。


4.根据权利要求3所述的双电机电动滑板车控制方法，其特征在于，当两个电机的速度均未达到设定的最小转速ω*min或两个电机的转速差小于其平均转速的1％或陀螺仪测量的三轴角度|θi1-θi1*|＜Cm1，|θi2-θi2*|＜Cm2，|θi3-θi3*|＜Cm3时，采用转矩平衡分配模式。


5.根据权利要求4所述的双电机电动滑板车控制方法，其特征在于，两个电机的转矩相同：
I1＝I2＝0.5I1*。


6.根据权利要求1所述的双电机电动滑板车控制方法，其特征在于，在非水平路面或转弯路面行驶时，陀螺仪所测量的三轴角度|θi1-θi1*|≥Cm1、|θi2-θi2*|≥Cm2、|θi3-θi3*|≥Cm3；给定非水平路面或转弯路面行驶时的参考电流I2*为：
I2*＝[(ω*-ωi)+ωc2+ωc3]*Kp+[(ω*-ωi)+ωc2+ωc3]*Ki
ωc2＝(θi2*-θi2)*Kp2+(θi2*-θi2)*Ki2
ωc3＝(θi3*-θi3)*Kp3+(θi3*-θi3)*Ki3
其中，ω*为给定参考速度，ωi为测量速度，ωc2，ωc3为补偿速度，θi2*，θi3*为水平条件下陀螺仪三轴角度中偏差最小的两个测量值，θi2，θi3为陀螺仪测量的三轴角度中偏差最小的两个值，Kp2为补偿速度ωc2的比例常数，Ki2为补偿速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海，王小冬，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61