CN103019246B - 一种两轮车的姿态控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明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。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，尤其是涉及一种两轮车的姿态控制方法。
背景技术
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。
发明内容
本发明是针对上述背景技术存在的缺陷提供一种两轮车的姿态控制方法，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，本发明公开了一种两轮车的姿态控制方法，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_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。
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= sumacc*dt*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，本发明一种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为本发明两轮车的结构示意图。
图2为本发明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
为能进一步了解本发明的特征、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发明作进一步详细描述。
如图1和图2所示，本发明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。
本发明一种两轮车的姿态控制方法，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=sumacc*dt*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fused_angle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，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_offset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fused_angle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，本发明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_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_offset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。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (3)
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，陀螺仪传感器输出的陀螺仪角速度值与加速度传感器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。
2.根据权利要求1所述的一种两轮车的姿态控制方法，其特征在于，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＝∫sumacc*dt*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。
3.根据权利要求1所述的一种两轮车的姿态控制方法，其特征在于：所述FIFO队列的深度可调整。
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Families Citing this family (4)
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| CN109388142B (zh) * | 2015-04-30 | 2021-12-21 | 广东虚拟现实科技有限公司 | 一种基于惯性传感器进行虚拟现实行走控制的方法及系统 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1823311A (zh) * | 2003-07-17 | 2006-08-23 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 伺服系统 |
| CN101823485A (zh) * | 2010-03-25 | 2010-09-08 | 武汉若比特机器人有限公司 | 一种轮式倒立摆的传感器处理与平衡控制算法 |
| CN101920728A (zh) * | 2009-11-09 | 2010-12-22 | 武汉若比特机器人有限公司 | 一种便携自动重心控制小车 |
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Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1823311A (zh) * | 2003-07-17 | 2006-08-23 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 伺服系统 |
| CN101920728A (zh) * | 2009-11-09 | 2010-12-22 | 武汉若比特机器人有限公司 | 一种便携自动重心控制小车 |
| CN101823485A (zh) * | 2010-03-25 | 2010-09-08 | 武汉若比特机器人有限公司 | 一种轮式倒立摆的传感器处理与平衡控制算法 |
| CN201914376U (zh) * | 2010-12-30 | 2011-08-03 | 东莞易步机器人有限公司 | 一种便携自平衡代步车 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 两轮同轴机器人的自平衡控制研究;王建俊;《数字技术与应用》;20100731;105-106 * |
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