【技术实现步骤摘要】
智能陀螺仪的动量轮转速调节杆平衡性控制系统及方法
[0001]本专利技术涉及陀螺仪平衡控制
,具体地涉及智能陀螺仪的动量轮转速调节杆平衡性控制系统及方法
。
技术介绍
[0002]杆的平衡性源于一个基本的物理问题,即:杆如何保持平衡
。
平衡需要考虑杆质量
、
形状和支撑力等一系列的物理因素
。
具体来说,一个简单的杆保持平衡的条件就是,其重心位于支持力的正上方,且支撑力的大小等于重力的大小,也就是说,在水平方向上各个方向的力相等,这样杆就保持在一个稳定且平衡的状态
。
[0003]传统的系统利用了一种经典的反馈控制算法,它由比例
(P)、
积分
(I)
和微分
(D)
三个组成部分组成,以下简称
PID
,用于控制系统的稳定性和响应速度
。
杆的
PID
控制可以对杆子的平衡进行快速
、
准确
、
稳定的控制
。
通过实时测量杆子的偏离角度与目标角度的差距
(
误差
)
,根据比例
、
积分
、
微分三个控制器的输出来调整杆子的位置,最终使其保持在垂直状态
。
[0004]具体地,比例控制器会根据实时误差大小,产生一个与误差成比例的控制信号;积分控制器则会累计误差,产生一个随时间累积的控制信号;微分控制器则会根据误差变 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种智能惯性测量单元的动量轮转速调节杆平衡性控制系统,其特征在于:包含惯性测量单元
、
磁编码器
、
动量轮
、
主控板,其中:所述惯性测量单元包含
X
轴
、Y
轴
、Z
轴,用于将自身测得的角度数据传输到所述主控板,并根据预先设定好的条件对3个所述无刷电机进行不同的脉冲脉宽调制分配,实现对所述无刷电机的速度的增加或者抑制作用;所述磁编码器用于对无刷电机进行计数,将数据传输到所述主控板,以实现对所述无刷电机的速度控制;所述动量轮用于通过自身的质量决定本控制系统所能控制的杆的大小,以及质量的最大值,通过调节转速来实现对杆的动态平衡控制;所述主控板用于实时处理来自所述惯性测量单元和所述磁编码器的数据,进行快速响应,并作出调节
。2.
根据权利要求1所述的智能陀螺仪的动量轮转速调节杆平衡性控制系统,其特征在于:所述主控板采用
ESP32
芯片;所述惯性测量单元采用陀螺仪
(1)
;所述磁编码器采用
AS5600
磁编码器
。3.
根据权利要求2所述的智能陀螺仪的动量轮转速调节杆平衡性控制系统,其特征在于:所述陀螺仪
(1)
采用
MPU6050
陀螺仪
(1)
;所述动量轮有3个,分别为第一动量轮
(CH1)、
第二动量轮
(CH2)、
第三动量轮
(CH3)
;所述第一动量轮
(CH1)、
所述第二动量轮
(CH2)、
所述第三动量轮
(CH3)
组成的平面
I(2)
与底面
II(3)
平行
。4.
根据权利要求3所述的智能陀螺仪的动量轮转速调节杆平衡性控制系统,其特征在于:所述陀螺仪
(1)
的
X
轴与
Y
轴组成的平面
III(4)
与所述底面
II(3)
平行;所述陀螺仪
(1)
的
X
轴
、Y
轴
、Z
轴的交点投影到所述底面
II(3)
上与支点重合;立方体的经过所述支点的边分别与所述底面
II(3)
的夹角为
35.3
°
;所述第一动量轮
(CH1)
的中点
、
所述第二动量轮
(CH2)
的中点
、
所述第三动量轮
(CH3)
的中点投影到所述底面
II(3)
上,并分别与所述支点形成线段,相互之间的夹角都为
120
°
。5.
根据权利要求4所述的智能陀螺仪的动量轮转速调节杆平衡性控制系统,其特征在于:所述陀螺仪
(1)
的
Y
轴投影到所述底面
II(3)
上,并经过所述支点;所述第一动量轮
(CH1)
的转动速度方向,与所述第一动量轮
(CH1)
的中点投影到所述底面
II(3)
上并与所述支点组成的线段垂直;所述第二动量轮
(CH2)
的转动速度方向,与所述第二动量轮
(CH2)
的中点投影到所述底面
II(3)
上并与所述支点组成的线段垂直;所述第三动量轮
(CH3)
的转动速度方向,与所述第三动量轮
(CH3)
的中点投影到所述底面
II(3)
上并与所述支点组成的线段垂直
。6.
根据权利要求5所述的智能陀螺仪的动量轮转速调节杆平衡性控制系统,其特征在于:立方体的角度按下式表达:
θ
=
angle
x
‑
angle
e
其中:
θ
为所述立方体的角度;
angle
x
为所述陀螺仪
(1)
沿
X
轴方向测量得到的角度值;
angle
e
为所述动量轮的旋转轴与平衡边在同一平面上测得的角度值;立方体的角速度按下式表达:
θ
'
=
gyro
x
其中:
θ
'
为所述立方体的角速度;
gyro
x
为通过所述陀螺仪
(1)
沿
X
轴方向得到的角速度
。7.
根据权利要求6所述的智能陀螺仪的动量轮转速调节杆平衡性控制系统,其特征在于:所述动量轮的角速度按下式表达:
w'
=
motorspeed
x...
【专利技术属性】
技术研发人员:王波云,华方亮,余华清,曾庆栋,李耿,
申请(专利权)人:湖北工程学院,
类型:发明
国别省市:
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。