多功能智能平衡小车的控制系统及其模糊自适应PID方法技术方案

本发明专利技术涉及两轮平衡小车技术领域，且公开了多功能智能平衡小车的控制系统，其中所述电机驱动模块驱动电机正常运行，所述姿态检测模块主要是检测车体的倾斜度，所述霍尔传感器模块是通过编码器检测电机的运行速速，所述蓝牙模块是远程控制小车前后左右运行，所述超声波模块主要是实现小车的测距避障作用。该多功能智能平衡小车的控制系统及其模糊自适应PID方法，对于平衡小车的传统的PID控制是可以实现的，但是PID的参数Kp、Ki、Kd是要人工进行调试找出最优系统的值，而模糊PID控制对参数是根据输入情况利用模糊逻辑规则对PID的各个参数进行实时调整优化，克服传统PID参数无法实时整定PID参数的缺点，优化系统的输出。优化系统的输出。优化系统的输出。

【技术实现步骤摘要】
多功能智能平衡小车的控制系统及其模糊自适应PID方法


[0001]本专利技术涉及两轮平衡小车
，具体为多功能智能平衡小车的控制系统及其模糊自适应PID方法。

技术介绍

[0002]随着电子技术和智能机器快速发展，智能机器在整个人类生产过程中发挥不可替代作用，智能机器车的日趋成熟，对人们生活带来很多便利，同时在工业大规模生产中的也发挥重要作用，本课题是研究轮式平衡小车智能机器车，两轮的平衡小车的研究热点不断提高，两轮自平衡车类似于倒立摆结构，是现在年轻人中比较流行的交通工具，它整体是依靠两个轮子前进后退来保持车身直立平衡状态，操作简单，车身小巧便于携带，可以在道路比较狭窄和交通比较拥堵上通过，对于复杂路段也有很强的适应性，加上也可以无线遥控技术控制，可以复杂环境作业，未来军事领域，未来酒店服务项目，民间多场合使用有着广泛的发展空间。
[0003]平衡小车控制的整个系统包括多路检查信号反馈，对反馈信号整合处理，再做出控制的措施，不断处于检测和控制，形成一个闭环控制系统，具有很强的稳定性，而且平衡小车体型比较小，重量轻等优点，但是其中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多功能智能平衡小车的控制系统，包括车模，STM32最小系统，电机驱动模块，霍尔传感器模块，姿态检测模块、蓝牙模块、电源模块、超声波模块，OLED显示屏；其特征在于：其中所述电机驱动模块驱动电机正常运行，所述姿态检测模块主要是检测车体的倾斜度，所述霍尔传感器模块是通过编码器检测电机的运行速速，所述蓝牙模块是远程控制小车前后左右运行，所述超声波模块主要是实现小车的测距避障作用。2.根据权利要求1所述的多功能智能平衡小车的控制系统，其特征在于，所述STM32最小系统内包括有型号为STM32F103C8T6的CPU，当车体发生倾斜时候，姿态检测模块检测到有倾斜角，主控器接受有倾斜角的信号后，通过PID算法的处理后输出PWM到电机驱动来控制电机相应的运行，即输出控制信号控制小车向倾斜的同方向行驶，不断检测倾斜角度的信号来控制小车运动方向来达到一个平衡状态；STM32最小系统内包括型号为CORTEX
‑
M3的核心板，所述型号为STM32F103C8T6的CPU放置在该核心板上，型号为CORTEX
‑
M3的核心板体积较小，它的最高工作频率72MHz，48个管脚，内部有三路通用定时器和一路高级定时器，并带有3路串口和两路IIC/SPI输出以及UART外围设备口。3.根据权利要求1所述的多功能智能平衡小车的控制系统，其特征在于，所述电机驱动模块供电电压为12V，其芯片选择芯片TB6612FNG，芯片每通道输出最高1A的连续驱动电流，启动峰值电流达2A/3A(连续脉冲/单脉冲)，4种电机控制模式：正转、反转、制动、停止；PWM支持频率高达100kHz；待机状态；片内低压检测电路与热停机保护电路。4.根据权利要求1所述的多功能智能平衡小车的控制系统，其特征在于，所述姿态传感器选择为6轴运动的整合性器件MPU6050姿态传感器，即3轴陀螺仪传感器以及3轴加速度传感器，MPU6050是通过I2C协议进行驱动的，配置寄存器和获取数据都需要通过I2C协议去实现STM32微处理器与MPU6050之间的通信，把所测得的模拟量转换为数字量最终传达至STM32最小系统，但要获取实际的角度值以及角速度值，仍需一个转换关系，才能得到二者的实际值，为得到更确切的车体倾角值，采用卡尔曼滤波算法能够有效地消除陀螺仪和加速度计在测量过程中的噪声干扰和随机漂移误差，准确地计算出小车的姿态倾角。5.根据权利要求1所述的多功能智能平衡小车的控制系统，其特征在于，所述霍尔传感器模块为电机自带的霍尔编码器，霍尔编码器是一种通过磁电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，主要用来实时检测电机的速度，用STM32最小系统的定时器进行测速，编码器A/B相接到定时器的通道1和通道2，用来反馈速度信息给到微处理器。6.根据权利要求1所述的多功能智能平衡小车的控制系统，其特征在于，所述电源模块即为降压模块，通过使用三节3.7V18650D电源电池供电，电机驱动模块的驱动电压为12V，主控和传感器的驱动电压等为5V，因此需要进行降压，才能满足整个电路的电源使用，选择的是LM2596S芯片的降压模块，该模块自带数码管显示电压，输入为3.5V
–
40V，3V
–
35V可调输出。7.根据权利要求1所述的多功能智能平衡小车的控制系统，其特征在于，所述蓝牙模块选择为HC
‑
06，支持蓝牙4.0驱动的模块，在最新的安卓、IOS、Windows操作系统以及微信小程序中都能自由使用，具有很强的兼容性，此外，使用它可以直接通过STM32的USART串口和上位机通信，方法简单技术成熟。
8.根据权利要求1所述的多功能智能平衡小车的控制系统，其特征在于，所述超声波模块选择为HY
‑
SRF05超声波模块,它采用基于回波探测原理的超声波来测量距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建晖，黄文岐，张立，吴宇深，李咏华，孔维霆，刘嘉睿，胡梓凯，张苑晴，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：