CN104914871A - 倒立摆系统的动态平衡控制方法及智能平衡车控制系统 - Google Patents

Abstract

一种倒立摆系统的动态平衡控制方法及智能平衡车控制系统，属于倒立摆控制技术领域。智能平衡车控制系统包括电源系统，信号采集子系统，信号整理子系统，信号处理子系统，数据处理子系统。控制方法为：通过检测一系列传感器的信息，初始化倒立摆系统；缓存上一时刻信息精确值数据；通过信息采集单元，获取当前时刻的各传感器的信息采样值；进行初步数据处理，得到对于倒立摆系统的当前时刻信息采样值，并将对于倒立摆系统的当前时刻的信息采样值输入滤波处理单元进行后续处理。本发明解决了基于倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车的状态信号的采集与处理的关键技术问题，提高整车智能化程度以及倒立摆系统的工作稳定性和可靠性。

Description

倒立摆系统的动态平衡控制方法及智能平衡车控制系统

技术领域

本发明涉及一种机器人自动控制系统及其控制方法，尤其是涉及一种车辆的自主平衡控制系统和控制方法，应用于倒立摆控制技术领域，适用于将控制策略应用及开展各种控制实验平台，尤其适合应用于机器人辅助载人代步装置的控制领域，特别是适用于自平衡车，它适用于在狭小空间内运行，能够在大型购物中心、国际性会议或展览场所、体育场馆、高尔夫球场、机场、办公大楼、工业园区、大型公园及广场、生态旅游风景区、城市中的生活住宅小区等各种室内或室外场合中作为人们的代步工具。

背景技术

倒立摆的控制问题就是使摆杆尽快地达到一个平衡位置，但是倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的、非线性系统，移动状态的倒立摆系统，其稳定性有关的信号控制更加繁复和不稳定，导致高质量稳定性的控制难度增加。

公开号为CN1952996A的发明专利公开了一种“两轮遥控小车倒立摆及其平衡控制方法”，该方法虽然避免了传统倒立摆因机械传动故障、或传动间隙可能引起的误差所造成的控制失败，可在地面及斜坡上前后左右行走和遥控，但是主要还是用于教学和科研，用于检验各种控制算法的优劣。该发明虽然公开了一种能保持稳定、自由行走且可遥控的两轮遥控小车倒立摆及其平衡控制方法，对采集信号采用了经过滤波处理，对摆杆静止时的噪声还是摆杆运动时的噪声均有很好的抑制作用，但对于多传感器系统来说，信息具有多样性和复杂性，在现实中应用的两轮自平衡代步车不仅需要满足自身的平衡，还要承载使用者的体重，由于驾车人在平衡车上的中心始终处于变化状态，对平衡车的倒立摆系统的平衡产生很多干扰，加之路面情况复杂，外界环境影响系统带来噪声，很多倒立摆系统外来因素对系统的影响无法得到补偿，影响到倒立摆系统控制的容错性、平衡自适应性、智能联想记忆能力，不能有效适应现实的需要。该发明的平衡算法的控制输出仍然是轮子的转矩，由于不规则地面情况下，轮子的负载有较大变化，因此，单独控制轮子的转矩，将不能有效地对车体的平衡进行控制。

公开号为CN101823485A的发明专利公开了“一种轮式倒立摆的传感器处理与平衡控制算法”，该方法虽然能提高倒立摆的工作的稳定性和可靠性，但更多是在保持倒立摆平衡的情况下，做了较多的保护措施，使得整个倒立摆系统在复杂的外部环境中运行的更加稳定可靠， 该发明采用通用的高通滤波器和低通滤波器进行信号的整理，减少了不必要成分频率的干扰，但采用通用滤波器的局限是，处理数据任意依赖通用器件的设备参数，不利于对自平衡车的平衡策略定制专门的算法策略，提高数据的精确度收到限制，直接影响到后续数据融合系统处理数据的精度，影响到倒立摆系统平衡控制的容错性、自适应性、联想记忆能力。该发明的控制器将融合的角度值和陀螺仪输出的角速度值，通过计算，得出轮子的输出加速度，然后将加速度输入到电机控制器，控制器执行加速度命令。轮子的输出加速度的信号融合算法是以车体偏转角度值和车体偏转的角速度为数据源，对多个传感器所获取的关于倒立摆系统对象和环境全面、完整信息方面有所欠缺，没有充分发挥出信号融合算法的优势，对多源数据进行检测、结合、相关、估计和组合所达到精确的状态估计不够理想，不能有效实现完整、及时的平衡态势评估。该发明仅仅给出针对两轮车自平衡策略，并未公开单轮平衡车的自平衡策略，也为其技术应用的广泛性带来不利影响。

常规倒立摆系统的动态平衡控制算法，虽然也能实现平衡车的自主平衡，但平台容易抖动，影响驾乘的舒适度，也存在安全隐患，这使得自平衡车在行驶过程中的动态平衡控制成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明主要针对技术存在的不足，提供了一种倒立摆系统的动态平衡控制方法，通过对倒立摆系统进行信息采集与处理、滤波处理、信号融合和数据融合技术，提高整车的平衡稳定性和可靠性，通过定制的动态平衡控制方法，减少由于自平衡车运动中产生刚性干涉形成微小扰动，提高基于倒立摆系统的智能平衡车的驾乘稳定性、安全性和舒适性，降低软硬件控制策略的实现成本。

本发明的上述技术问题是通过以下技术方案得以实施的：

一种倒立摆系统的动态平衡控制方法，其要点在于，包括以下步骤：

S1:通过检测一系列传感器的信息，初始化倒立摆系统；

S2:缓存对于倒立摆系统的上一时刻信息精确值数据；

S3:通过信息采集单元，获取对于倒立摆系统的当前时刻的各传感器的信息采样值；

S4:进行初步数据处理，得到对于倒立摆系统的当前时刻信息采样值，并将对于倒立摆系统的当前时刻的信息采样值输入滤波处理单元进行后续处理，如果采集过程未完成，则返回S2步骤；

S5:采用滤波处理单元，将在S2步骤中的上一时刻信息精确值缓存数据和在S4步骤中的当前时刻信息采样值一起作为滤波处理单元的数据源，通过滤波处理单元的处理生成倒立摆 系统的当前时刻信息精确值，并缓存对于倒立摆系统的当前时刻测量精确值数据；

S6:对于倒立摆系统的当前时刻信息精确值输入信号融合单元进行后续处理，如果滤波处理过程未完成，则返回S5步骤；

S7:采用信号融合单元，将S6步骤中的信息精确值作为信号融合单元的数据源，通过信号融合单元的运算处理生成倒立摆系统的摆杆在当前时刻的精确姿态数值，再将倒立摆系统的摆杆在当前时刻的精确姿态数值数据输入数据融合单元进行后续处理；

S8:采用数据融合单元，将S7步骤中的精确姿态数值数据作为数据融合单元的数据源，通过数据融合单元的运算处理生成轮毂电机能够识别的控制指令信号，再将控制指令信号输入轮毂电机的驱动模块，使轮毂电机驱动车轮进行正转或反转，使倒立摆系统维持当前动态平衡状态，通过信号融合单元和数据融合单元生成控制指令信号的同时，返回上述S2步骤中，继续更新对于倒立摆系统的当前时刻的各传感器的测量信息，继续运算和处理对于倒立摆系统的摆杆在下一时刻的精确姿态数值，通过数据融合单元输入控制器控制轮毂电机，驱动车轮转动，从而使倒立摆系统维持下一个平衡状态，并以如此信号处理的方式不断进行后续循环。

作为优选，在S8步骤中采用数据融合单元，得到第i时刻倒立摆系统维持动态平衡的控制算法：

${\mathrm{\Φ}}_i=\frac{\mathrm{\ζ}}{i}\underset{i=0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\θ}}_{i-1}\mathrm{\ζ}+K{\mathrm{\θ}}_i(1-e^{-\frac{\mathrm{\η}}{\mathrm{\ζ}+\sin \sqrt{1-{\mathrm{\δ}}^2\mathrm{\ω}}}})$

${\mathrm{\Λ}}_i=\frac{\mathrm{\μ}\underset{i=0}{\overset{i}{\Σ}}({\mathrm{\λ}}_i+\mathrm{\Δ})\mathrm{\γ}}{\left(1-\sqrt{\mathrm{\μ}}\right)T}$

其中，Φ_i是第i时刻轮毂电机转矩的变量，ζ是陀螺仪和加速度计的滤波系数，θ_i-1是第i-1时刻陀螺仪和加速度融合姿态的角度，K是数据增益系数，θ_i是第i时刻陀螺仪和加速度融合姿态的角度，η是电机效率，δ是传感器受外界环境影响的噪声系数，ω是比例系数，Λ_i是第i时刻驱动车轮的轮毂电机的转速，μ是传感器数据融合的调整系数，λ_i是第i时刻轮毂电机的电气角度，Δ是角度补偿常数，γ是编码器的滤波系数，T是第i时刻与第i-1时刻之间的时间间隔。将第i时刻通过数据融合单元的运算处理生成轮毂电 机能够识别的控制指令信号，输入轮毂电机的驱动模块，轮毂电机驱动车轮进行正转或反转，来调整车体趋向动态平衡稳定状态。

本发明还提供了一种实施上述倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车控制系统，包括电源系统，其要点在于它还包括：信号采集子系统、信号整理子系统、信号处理子系统、数据处理子系统；

电源系统为各系统和电子器件供电；

信号采集子系统，包括陀螺仪、加速度计、编码器和采集控制芯片；

信号整理子系统，包括滤波处理单元和缓存单元；

信号处理子系统，包括信号融合单元；

数据处理子系统，包括数据融合单元。

作为优选，所述陀螺仪实时检测车体的倾斜角度，即实时检测车架平台的倾斜角度；加速度计实时检测车轮轴的转动角度；编码器实时监测驱动车轮的轮毂电机的电气角度；采集控制芯片处理陀螺仪、加速度计和编码器的检测信息，得到信息采集子系统在每一时刻的检测信息的采样值。

作为优选，所述滤波处理单元整理从采集控制芯片接收到的信息采样值和调用缓存单元中存储的上一时刻信号精确数据，处理生成当前时刻的信息精确值；缓存单元缓存当前时刻滤波处理单元生成的信号精确数据作为下一时刻的滤波处理单元的数据源之一。

作为优选，所述信号融合单元将从滤波处理单元接收到的当前时刻的信息精确值作为数据源，通过运算处理生成车架平台在当前时刻的平台角度变化值，也就是当前时刻的车架平台姿态变化值，再将车架平台在当前时刻的姿态变化值数据输入数据处理子系统。

作为优选，所述数据融合单元通过控制算法运算得到轮毂电机能识别控制量的控制指令信号，将控制指令信号输入轮毂电机的驱动模块，使轮毂电机驱动车轮进行正转或反转，来调整车架平台保持水平平衡的稳定状态。

作为优选，信息采集单元处理的倒立摆系统信息采样值、滤波处理单元处理的倒立摆系统信息精确值和信号融合单元处理的倒立摆系统的摆杆的精确姿态数值皆为几何参数或运动速度参数，通过数据融合单元运算后输出控制指令信号的控制量。

作为优选，倒立摆系统为轮式牵引的单级倒立摆系统，是由单级直线式倒立摆机构和单级旋转式倒立摆机构组合形成的单级混合倒立摆机构，将倒立摆系统的摆杆的支点轴设置于车体上，倒立摆系统的摆杆的支点轴轴线与车轮轴线平行，通过信息采集单元、滤波处理单元和数据处理单元，使倒立摆系统的摆杆趋向于竖直镇定平衡。

作为优选，倒立摆系统的摆杆的支点轴轴线与车轮轴线重合，即由车体作为倒立摆系统的摆杆，车轮轴同时作为车体的支撑转轴，使车体和车轮同轴转动，在所采用的传感器之中，陀螺仪测量车体的倾斜角度信息，加速度计测量车轮轴的转动角度信息，编码器测量驱动车轮的轮毂电机的电气角度信息，其中陀螺仪和加速度计的融合姿态角度反映直线式倒立摆机构和单级旋转式倒立摆机构组合形成的单级混合倒立摆机构的摆杆姿态变化。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明解决了基于倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车的状态信号的采集与处理的关键技术问题，基于实时采集与缓存的各传感器信号数据，通过滤波处理、信号融合技术和数据融合技术，定制了高效、高精度、快速响应的控制算法及其控制系统，可实时、精确计算基于倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车的承载平台空间角度的变化，来调整智能自平衡车的承载平台平衡，减少由于智能自平衡车运动中产生刚性干涉形成微小扰动，提高整车智能化程度，提高倒立摆系统的工作的稳定性和可靠性，提高基于倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车的驾乘稳定性、安全性和舒适性，使自驾智能自平衡车实现更加方便、易用、舒适和平稳，降低软硬件控制策略的实现成本，提高了智能自平衡车的性能价格比；

2.本发明可根据实际需要，为倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车提供有效地控制平衡策略，平衡控制策略集成了硬件动静平衡机制和软件精确实现信号关联、数据相关、信号估计和数据融合一系列算法机制，通过检测与几何参数有关信号的多源传感器，紧密结合平衡车的需要情形，充分有效利用多源信息在空间或时间上的冗余或互补信息依据定制的优化准则或算法组合，并充分考虑到环境的复杂性和目标实时变化动态特性对动态智能自平衡车系统平衡的外源性干扰，从算法和系统的角度实现具有高度自适应性的平衡控制策略，使倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车的自适应平衡能力得到充分发挥。

附图说明

图1是本发明实施例倒立摆系统的动态平衡控制方法的算法执行流程图。

图2是作为本发明实施例的检测和控制目标的智能平衡车外部结构示意图。

图3是本发明实施例倒立摆系统的动态平衡控制方法的信号关系框图。

图中标号为：1、车体；2、车轮；3、车架平台；4、轮毂电机；5、信号采集子系统；6、信号整理子系统；7、信号处理子系统；8、数据处理子系统；9、电源系统；10、车轮轴；11、陀螺仪；12、加速度技计；13、编码器；14、采集控制芯片；15、滤波处理单元；16、缓存 单元；17、信号融合单元；18、数据融合单元。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

在本实施例中，参见图1～图3，智能动态平衡车控制系统包括电源系统9、信号采集子系统5、信号整理子系统6、信号处理子系统7和数据处理子系统8，将控制信号作用于车轮2，通过驱动车轮2来实现对车体1的动态稳定控制，电源系统9为各系统和电子器件供电，信号采集子系统5包括陀螺仪11、加速度计12、编码器13和采集控制芯片14，陀螺仪11实时检测车体1的倾斜角度，也相当于实时检测车架平台3的倾斜角度，加速度计12实时检测车轮轴10的转动角度，编码器13实时监测驱动车轮的轮毂电机4的电气角度，采集控制芯片14处理陀螺仪11、加速度计12和编码器13的检测信息，得到信息采集子系统5在每一时刻的检测信息的采样值，信号整理子系统6包括缓存单元16和滤波处理单元15，缓存单元16缓存当前时刻滤波处理单元15生成的信号精确数据作为下一时刻的滤波处理单元15的数据源之一，滤波处理单元15整理从采集控制芯片14接收到的信息采样值和调用缓存单元16中存储的上一时刻信号精确数据，处理生成当前时刻的信息精确值，信号处理子系统7包括信号融合单元17，信号融合单元17将从滤波处理单元15接收到的当前时刻的信息精确值作为数据源，通过运算处理生成车架平台3在当前时刻的平台角度变化值，也就是当前时刻的车架平台3姿态变化值，再将车架平台3在当前时刻的姿态变化值数据输入数据处理子系统8，数据处理子系统8包括数据融合单元18，数据融合单元18通过控制算法运算得到轮毂电机4能识别控制量的控制指令信号，将控制指令信号输入轮毂电机4的驱动模块，使轮毂电机4驱动车轮2进行正转或反转，来调整车架平台3保持水平平衡的稳定状态。

在本实施例中，参见图1～图3，作为本实施例倒立摆系统动态平衡控制目标的智能平衡车，车架平台3作为承载人体重量的基础平台，在其两边各有一个车轮2，每个车轮2各安装有一个轮毂电机4，数据融合单元18分别将控制指令信号输入两个轮毂电机4的驱动模块，使各轮毂电机4分别独立驱动车轮2进行正转或反转，使车轮2牵引车体1进行前进、后退、转弯，并调整车架平台3保持动态平衡稳定状态，实现自主平衡。

在本实施例中，参见图1～图3，倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车控制系统的原理实际上是轮式牵引的单级倒立摆系统，是由单级直线式倒立摆机构和单级旋转式倒立摆机构组合形成的单级混合倒立摆机构，将倒立摆系统的摆杆的支点轴设置于车体1上，倒立摆系统的摆杆的支点轴轴线与车轮轴10轴线重合，即由车体1作为倒立摆系统的摆杆，车轮轴10同时作为车体1的支撑转轴，使车体1和车轮2同轴转动，在所采用的传感器之中，陀 螺仪11测量车体的倾斜角度信息，加速度计12测量车轮轴的转动角度信息，编码器13测量驱动车轮的轮毂电机的电气角度信息，其中陀螺仪11和加速度计12的融合姿态角度反映直线式倒立摆机构和单级旋转式倒立摆机构组合形成的单级混合倒立摆机构的摆杆姿态变化。

在本实施例中，参见图1～图3，上述智能平衡车控制系统实施如下倒立摆系统的动态平衡控制方法，包括以下步骤：：

S1:通过检测陀螺仪11，加速度计12和编码器13等一系列传感器信息，来初始化倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车，使其车架平台3保持平衡稳定状态；

S2:缓存倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车的第i-1时刻的信息精确数据，θ_i-1是第i-1时刻陀螺仪和加速度融合姿态的角度，i是倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车的运行时刻；

S3:通过信息采集单元，获取在第i时刻陀螺仪11，加速度计12和编码器13等传感器的信息采样值；

S4:判断S3步骤中各传感器的信息采样过程是否完成，如果未完成，则返回S2步骤，如果采样已完成，则进行初步数据处理，得到对于倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车的第i时刻信息采样值，并将平衡车第i时刻信息采样值输入滤波处理单元15进行后续处理；

S5:采用滤波处理单元15，将S2步骤缓存单元16中存储的倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车的第i-1时刻的信息精确数据和在S4步骤中的智能平衡车第i时刻信息采样值一起作为滤波处理单元15的数据源，通过滤波处理单元15的处理生成倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车的第i时刻的信息精确值，并缓存倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车的第i时刻的信息精确值到缓存单元16中；

S6:判断S5步骤中信息滤波处理过程是否完成，如果未完成，则返回S5步骤，如果滤波已完成，则将倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车的第i时刻的信息精确值输入信号融合单元17进行后续处理；

S7:采用信号融合单元17，将S6步骤中倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车的第i时刻的信息精确值作为信号融合单元17的数据源，通过信号融合单元17的运算处理生成倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车在第i时刻的精确姿态数值，θ_i是第i时刻陀螺仪和加速度融合姿态的角度，再将倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车在第i时刻的精确姿态数值输入数据融合单元18进行后续处理；

S8:采用数据融合单元18，将S7步骤中倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车在第i时刻的精确姿态数值作为数据融合单元18的数据源，通过数据融合单元18，得到第i时刻倒立摆系统维持动态平衡的控制算法：

${\mathrm{\Φ}}_i=\frac{\mathrm{\ζ}}{i}\underset{i=0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\θ}}_{i-1}\mathrm{\ζ}+K{\mathrm{\θ}}_i(1-e^{-\frac{\mathrm{\η}}{\mathrm{\ζ}+\sin \sqrt{1-{\mathrm{\δ}}^2\mathrm{\ω}}}})$

${\mathrm{\Λ}}_i=\frac{\mathrm{\μ}\underset{i=0}{\overset{i}{\Σ}}({\mathrm{\λ}}_i+\mathrm{\Δ})\mathrm{\γ}}{\left(1-\sqrt{\mathrm{\μ}}\right)T}$

其中，Φ_i是第i时刻轮毂电机转矩的变量，ζ是陀螺仪和加速度计的滤波系数，θ_i-1是第i-1时刻陀螺仪和加速度融合姿态的角度，K是数据增益系数，θ_i是第i时刻陀螺仪和加速度融合姿态的角度，η是电机效率，δ是传感器受外界环境影响的噪声系数，ω是比例系数，Λ_i是第i时刻驱动车轮的轮毂电机的转速，μ是传感器数据融合的调整系数，λ_i是第i时刻轮毂电机的电气角度，Δ是角度补偿常数，γ是编码器的滤波系数，T是第i时刻与第i-1时刻之间的时间间隔。将第i时刻通过数据融合单元18的运算处理生成轮毂电机4能够识别的控制指令信号，分别输入两个轮毂电机4的驱动模块，使各轮毂电机4分别独立驱动车轮2进行正转或反转，使车轮2牵引车体1进行前进、后退、转弯，并调整车架平台3保持动态平衡稳定状态，实现自主平衡，并以如此控制信号处理的方式不断进行后续循环。

在本实施例中，倒立摆系统动态平衡控制方法通过多源信息检测，对轮毂电机4的输出运动进行调整，以保证自平衡车的动作达到平衡要求，自平衡车信号控制系统实时监测自平衡车的运动及工作情况，通过对自平衡车各部分的内部状况信息检测和数据处理，通过各传感器受外界环境影响的噪声修正，进行角度补偿，构成信号反馈回路，从而将大大提高自平衡车工作精度，使之达到更高层次的自动化，即实现智能化，提高整车稳定性可靠水平。

本实施例对倒立摆系统动态平衡控制的状态信号的采集与处理，基于实时采集与缓存的各传感器信号数据，通过滤波处理、信号融合技术和数据融合技术，定制了高效、高精度、快速响应的控制算法及其控制系统，可实时、精确计算基于倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车的承载平台空间角度的变化，来调整智能自平衡车的承载平台平衡，减少由于智 能自平衡车运动中产生刚性干涉形成微小扰动，提高整车智能化程度，提高倒立摆系统的工作的稳定性和可靠性，提高基于倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车的驾乘稳定性、安全性和舒适性，使自驾智能自平衡车实现更加方便、易用、舒适和平稳，降低软硬件控制策略的实现成本，提高了自平衡车的性能价格比，适用于在狭小空间内运行，能够在大型购物中心、国际性会议或展览场所、体育场馆、高尔夫球场、机场、办公大楼、工业园区、大型公园及广场、生态旅游风景区、城市中的生活住宅小区等各种室内或室外场合中作为代步工具。

Claims (7)

1.一种倒立摆系统的动态平衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1:通过检测各传感器的信息，初始化倒立摆系统；

S2:缓存对于倒立摆系统的上一时刻信息精确值数据；

S3:通过信息采集单元，获取对于倒立摆系统的当前时刻的各传感器的信息采样值；

S4:进行初步数据处理，得到对于倒立摆系统的当前时刻信息采样值，并将对于倒立摆系统的当前时刻的信息采样值输入滤波处理单元进行后续处理，如果采集过程未完成，则返回S2步骤；

S5:采用滤波处理单元，将在S2步骤中的上一时刻信息精确值缓存数据和在S4步骤中的当前时刻信息采样值一起作为滤波处理单元的数据源，通过滤波处理单元的处理生成倒立摆系统的当前时刻信息精确值，并缓存对于倒立摆系统的当前时刻测量精确值数据；

S6:对于倒立摆系统的当前时刻信息精确值输入信号融合单元进行后续处理，如果滤波处理过程未完成，则返回S5步骤；

S7:采用信号融合单元，将S6步骤中的信息精确值作为信号融合单元的数据源，通过信号融合单元的运算处理生成倒立摆系统的摆杆在当前时刻的精确姿态数值，再将倒立摆系统的摆杆在当前时刻的精确姿态数值数据输入数据融合单元进行后续处理；

S8:采用数据融合单元，将S7步骤中的精确姿态数值数据作为数据融合单元的数据源，通过数据融合单元的运算处理生成轮毂电机能够识别的控制指令信号，再将控制指令信号输入轮毂电机的驱动模块，使轮毂电机驱动车轮进行正转或反转，使倒立摆系统维持当前动态平衡状态，通过信号融合单元和数据融合单元生成控制指令信号的同时，返回上述S2步骤中，继续更新对于倒立摆系统的当前时刻的各传感器的测量信息，继续运算和处理对于倒立摆系统的摆杆在下一时刻的精确姿态数值，通过数据融合单元输入控制器控制轮毂电机，驱动车轮转动，从而使倒立摆系统维持下一个平衡状态，并以如此信号处理的方式不断进行后续循环。

2.根据权利要求1所述倒立摆系统的动态平衡控制方法，其特征在于：在S8步骤中采用数据融合单元，得到第i时刻倒立摆系统维持动态平衡的控制算法：

其中，Φ_i是第i时刻轮毂电机转矩的变量，ζ是陀螺仪和加速度计的滤波系数，是第i-1时刻陀螺仪和加速度融合姿态的角度，K是数据增益系数，是第i时刻陀螺仪和加速度融合姿态的角度，η是电机效率，δ是传感器受外界环境影响的噪声系数，ω是比例系数，Λ_i是第i时刻驱动车轮的轮毂电机的转速，μ是传感器数据融合的调整系数，λ_i是第i时刻轮毂电机的电气角度，Δ是角度补偿常数，γ是编码器的滤波系数，T是第i时刻与第i-1时刻之间的时间间隔。将第i时刻通过数据融合单元的运算处理生成轮毂电机能够识别的控制指令信号，输入轮毂电机的驱动模块，轮毂电机驱动车轮进行正转或反转，来调整车体趋向动态平衡稳定状态。

3.一种实施权利要求1或2所述的倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车控制系统，包括电源系统，其特征在于它还包括：信号采集子系统、信号整理子系统、信号处理子系统、数据处理子系统；

电源系统为各系统和电子器件供电；

信号采集子系统，包括陀螺仪、加速度计、编码器和采集控制芯片；

信号整理子系统，包括滤波处理单元和缓存单元；

信号处理子系统，包括信号融合单元；

数据处理子系统，包括数据融合单元。

4.根据权利要求3所述的智能平衡车控制系统，其特征在于，所述陀螺仪实时检测车体的倾斜角度，即实时检测车架平台的倾斜角度；加速度计实时检测车轮轴的转动角度；编码器实时监测驱动车轮的轮毂电机的电气角度；采集控制芯片处理陀螺仪、加速度计和编码器的检测信息，得到信息采集子系统在每一时刻的检测信息的采样值。

5.根据权利要求4所述的智能平衡车控制系统，其特征在于，所述滤波处理单元整理从采集控制芯片接收到的信息采样值和调用缓存单元中存储的上一时刻信号精确数据，处理生成当前时刻的信息精确值；缓存单元缓存当前时刻滤波处理单元生成的信号精确数据作为下一时刻的滤波处理单元的数据源之一。

6.根据权利要求5所述的智能平衡车控制系统，其特征在于，所述信号融合单元将从滤 波处理单元接收到的当前时刻的信息精确值作为数据源，通过运算处理生成车架平台在当前时刻的平台角度变化值，也就是当前时刻的车架平台姿态变化值，再将车架平台在当前时刻的姿态变化值数据输入数据处理子系统。

7.根据权利要求6所述的智能平衡车控制系统，其特征在于，所述数据融合单元通过控制算法运算得到轮毂电机能识别控制量的控制指令信号，将控制指令信号输入轮毂电机的驱动模块，使轮毂电机驱动车轮进行正转或反转，来调整车架平台保持水平平衡的稳定状态。