一种两轮车的姿态控制方法技术

本发明专利技术公开了一种两轮车的姿态控制方法，其包括两轮车上设置的摆杆、带模糊PID控制器的驱动电机、轮子及控制系统，所述摆杆控制两轮车加速度，所述控制系统上设置有陀螺仪传感器及加速度传感器并计算出传感器输出的融合角度值，所述两轮车控制系统将采集的两轮车加速度构成FIFO队列并得到整合加速度进而计算出相应的虚拟前倾量，控制系统探测两轮车车体前倾的状态，模糊PID控制器接收所述虚拟前倾量，两轮车车体后仰直至虚拟前倾量与两轮车输出的融合角度值之和为零，两轮车及驾驶者组成的人车系统重心后移直至两轮车车体水平正常运行。本发明专利技术一种两轮车的姿态控制方法可在两轮车瞬间大加速、持续大加速以及过速时保证两轮车平稳运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动控制
，尤其是涉及。
技术介绍
现有的的两轮车包括摆杆、脚踏壳体、带控制器的驱动电机、轮子及控制系统，所 述摆杆对应控制两轮车加速度，两轮车在驾驶过程中，两轮车的摆杆及脚踏壳体与水平地 面的关系称为两轮车姿态。两轮车姿态可分为两轮车车体前倾、两轮车车体水平及两轮车 车体后仰三种情况，两轮车车体前倾会让驾驶者有向前摔倒的感觉，因而两轮车车体前倾 的情况是不允许出现的，两轮车车体水平保证了两轮车正常运行。两轮车速度大小由驾驶者重心控制，两轮车与驾驶者组成人车系统，当人车系统 重心向前同时两轮车前进时，重心前倾越大，两轮车前进加速度越大；人车系统重心向后同 时两轮车后退时，重心后仰越大，两轮车后退加速度越大。但是，在两轮车摆杆被驾驶者突然推一下使得两轮车获得瞬间大加速，或者驾驶 者不正常操作，持续作用摆杆使得两轮车处于持续大加速情况下，或者当两轮车车速达到 额定速度时，若两轮车车体仍然水平运行，则两轮车速度会持续急速上升，可能导致前倾、 失控、甚至摔倒等危险，两轮车为维持自身平衡，会使两轮车车体后仰，人车系统重心向后 对两轮车车速及加速度进行调控。
技术实现思路
本专利技术是针对上述
技术介绍
存在的缺陷提供，在两轮 车瞬间大加速、持续大加速以及过速时保证两轮车平稳运行。为实现上述目的，本专利技术公开了，包括以下步骤(1)所述两轮车包括摆杆、带模糊PID控制器的驱动电机、轮子及控制系统，所述摆杆 控制两轮车加速度acc，所述控制系统采集两轮车的当前输出速度speed，所述控制系统上 设置有陀螺仪传感器及加速度传感器，陀螺仪传感器的输出的陀螺仪角速度值与加速度传 感器的输出的轮子加速度通过两轮车控制系统内部模/数转换器读取后转化为数字量，将 所得数据经kalman滤波器进行处理计算出传感器输出的融合角度值；(2)所述两轮车控制系统将采集的两轮车加速度acc构成FIFO队列，所述控制系统计 算出FIFO队列中两轮车加速度acc之和得到整合加速度sumacc ；(3)所述两轮车控制系统将采集的整合加速度sumacc计算出相应的虚拟前倾量 angle_offset ；(4)所述控制系统采集两轮车运行状态并探测两轮车车体前倾的状态，所述控制系 统对所述虚拟前倾量angle_0fTset进行限幅输出，模糊PID控制器接收所述虚拟前倾量 angle_offset,两轮车车体后仰直至虚拟前倾量angle_offset与两轮车输出的融合角度 值fusecLangle之和为零，两轮车及驾驶者组成的人车系统重心后移，模糊PID控制器接收 的所述虚拟前倾量angle_offset为零时，两轮车车体水平正常运行。进一步地,所述虚拟前倾量angle_offset的计算公式为，对sumacc积分后乘以 Ka angle_offset= J sumacc氺dt氺Ka其中Ka为转换增益，根据驾驶者对两轮车操作熟练程度可设定为分档数值；进一步地，所述FIFO队列的深度可调整；综上所述，本专利技术通过在两轮车瞬间大加速、持续大加速 以及过速时，所述两轮车控制系统探测两轮车车体前倾的状态，模糊PID控制器接收所述 虚拟前倾量，两轮车车体后仰直至虚拟前倾量与两轮车输出的融合角度值之和为零，两轮 车及驾驶者组成的人车系统重心后移以降低两轮车加速度及当前输出速度，模糊PID控制 器接收的所述虚拟前倾量为零时，两轮车车体水平正常运行，从而保证两轮车平稳运行。附图说明图1为本专利技术两轮车的结构示意图。图2为本专利技术在两轮车瞬间大加速、持续大加速以及过速时一种两轮车的姿态控 制方法示意图。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合 附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。如图1和图2所示，本专利技术具体方式采用以下技术方案所述两轮车包括摆杆10、 带模糊PID控制器的驱动电机20、轮子30及控制系统40。所述摆杆控制两轮车加速度acc， 所述控制系统40采集两轮车的当前输出速度speed并将当前输出速度speed控制量传给 带模糊PID控制器的驱动电机20，所述带模糊PID控制器的驱动电机20将收到的控制量进 行反馈并控制驱动电机，电机通过传动装置驱动轮子30从而控制两轮车的运动，所述两轮 车设定有运行额定速度rated_speed。本专利技术，包括以下步骤(1)所述控制系统40上设置有陀螺仪传感器及加速度传感器，陀螺仪传感器的输出的 陀螺仪角速度值与加速度传感器的输出的轮子加速度通过两轮车控制系统40内部模/数 转换器(ADC)读取后转化为数字量，将所得数据经kalman滤波器进行处理计算出传感器输 出的融合角度值fused_angle ；(2)所述两轮车控制系统40将采集的两轮车加速度acc构成FIFO队列，所述FIFO队 列的深度可调整，所述控制系统计算出FIFO队列中两轮车加速度acc之和得到整合加速度 sumacc,所述整合加速度sumacc值可确定两轮车运行时处于加速状态或减速状态；(3)所述两轮车控制系统40将采集的整合加速度sumacc进行积分后乘以Ka，可以计 算出相应的虚拟前倾量angle_offset angle_offset= Jsumacc氺dt氺Ka其中Ka为转换增益，根据驾驶者对两轮车操作熟练程度于普通模式及高手模式下设 定为相应的分档数值。(4)在两轮车摆杆10被驾驶者突然前推一下或者驾驶者持续作用摆杆10时，所 述控制系统40采集两轮车运行状态，此时两轮车加速度acc突然为大值或者持续为大值， 所述两轮车输出的融合角度值fusecLangle为负值，所述两轮车控制系统40探测两轮车 车体前倾的状态，所述控制系统40对所述虚拟前倾量angle_0fTset进行限幅输出，模糊 PID控制器接收所述虚拟前倾量angle_offset,两轮车车体后仰直至fused_angle+angle_ Offset=0，两轮车及驾驶者组成的人车系统重心后移以降低两轮车加速度acc及当前输出 速度speed,模糊PID控制器接收的所述虚拟前倾量angle_off set为零时,两轮车车体水平 正常运行。在两轮车的当前输出速度speed超过两轮车运行额定速度rated_speed时,所述 控制系统40采集两轮车运行状态，所述两轮车输出的融合角度值fusecLangle为负值， 所述两轮车控制系统40探测两轮车车体前倾的状态，所述控制系统40对所述虚拟前倾 量angle_offset进行限幅输出，模糊PID控制器接收所述虚拟前倾量angle_offset及当 前输出速度speed,两轮车车体后仰直至fused_angle+angle_offset=0,两轮车及驾驶者 组成的人车系统重心后移以降低两轮车加速度acc及当前输出速度speed，两轮车当前输 出速度speed下降至运行额定速度rated_speed,模糊PID控制器接收的所述虚拟前倾量 angle_offset为零时，两轮车车体水平正常运行。综上所述，本专利技术两轮车的姿态控制方法通过在两轮车瞬间大加速、持续大加速 以及过速时，所述两轮车控制系统40探测两轮车车体前倾的状态，模糊PID控制器接收所 述虚拟前倾量angle_ofTset,两轮车车体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两轮车的姿态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）所述两轮车包括摆杆（10）、带模糊PID控制器的驱动电机（20）、轮子（30）及控制系统（40），所述摆杆（10）控制两轮车加速度（acc），所述控制系统（40）采集两轮车的当前输出速度speed，所述控制系统40上设置有陀螺仪传感器及加速度传感器，陀螺仪传感器的输出的陀螺仪角速度值与加速度传感器的输出的轮子加速度通过两轮车控制系统（40）内部模/数转换器读取后转化为数字量，将所得数据经kalman滤波器进行处理计算出传感器输出的融合角度值fused_angle；（2）所述两轮车控制系统（40）将采集的两轮车加速度acc构成FIFO队列，所述控制系统计算出FIFO队列中两轮车加速度acc之和得到整合加速度sumacc；（3）所述两轮车控制系统（40）将采集的整合加速度sumacc计算出相应的虚拟前倾量angle_offset；（4）所述控制系统（40）采集两轮车运行状态并探测两轮车车体前倾的状态，所述控制系统对所述虚拟前倾量angle_offset进行限幅输出，模糊PID控制器接收所述虚拟前倾量angle_offset，两轮车车体后仰直至虚拟前倾量angle_offset与两轮车输出的融合角度值fused_angle之和为零，两轮车及驾驶者组成的人车系统重心后移，模糊PID控制器接收的所述虚拟前倾量angle_offset为零时，两轮车车体水平正常运行。...

【技术特征摘要】
1.一种两轮车的姿态控制方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)所述两轮车包括摆杆(10)、带模糊PID控制器的驱动电机(20 )、轮子(30 )及控制系统(40)，所述摆杆(10)控制两轮车加速度(acc)，所述控制系统(40)采集两轮车的当前输出速度speed，所述控制系统40上设置有陀螺仪传感器及加速度传感器，陀螺仪传感器的输出的陀螺仪角速度值与加速度传感器的输出的轮子加速度通过两轮车控制系统(40)内部模/数转换器读取后转化为数字量，将所得数据经kalman滤波器进行处理计算出传感器输出的融合角度值fused_angle ； (2)所述两轮车控制系统(40)将采集的两轮车加速度acc构成FIFO队列，所述控制系统计算出FIFO队列中两轮车加速度acc之和得到整合加速度sumacc ； (3)所述两轮车控制系统(40)将采集的整合...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭盖华，涂超，周伟，
申请(专利权)人：东莞易步机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：