CN104935226A - 一种电动自平衡独轮车的控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动自平衡独轮车的控制系统，包括用于采集角速度信号和加速度信号的9轴运动处理传感器、用于采集直流无刷电机转子位置信号的直流无刷电机转子位置传感器、控制单元以及直流无刷电机，9轴运动处理传感器、直流无刷电机转子位置传感器的输出端均与控制单元的输入端相连，控制单元的输出端与直流无刷电机的输入端相连。本发明还公开一种电动自平衡独轮车的控制方法。本发明采用数字信号处理器TMS320F2809，拥有丰富的片内外设资源和100M强大的数字运算能力，并利用先进的9轴运动处理传感器测量车辆角速度与加速度，通过传感器数据融合技术获取精确的电动自平衡独轮车侧倾角度，运用PID控制算法控制直流无刷电机，控制稳定可靠。

Description

一种电动自平衡独轮车的控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及独轮车技术领域，尤其是一种电动自平衡独轮车的控制系统及其控制方法。

背景技术

目前在国内，独轮车开始悄悄盛行起来，独轮车不再是特殊人群的专用工具，所有人都可以享有。在国内的独轮车市场上，电动自平衡独轮车选用的主控芯片数据处理能力较弱，而且由于控制算法简单，甚至有一些采用开环控制方法，导致独轮车控制的稳定可靠性较差，并且在软件控制程序中考虑因素不全，保护程序不全面，严重影响驾驶人的安全。

此外，国内的独轮车厂家在采集车辆的倾斜角度时仅仅依靠陀螺仪或加速度计进行采集，没有采用陀螺仪和加速度计的数据融合处理技术，这样由于车辆的振动等原因，导致倾角测量精度低，进而导致控制稳定性及可靠性差。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种能够精确判断电动自平衡独轮车的侧倾角度、控制更加稳定、行驶更加安全的电动自平衡独轮车的控制系统。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种电动自平衡独轮车的控制系统，包括用于采集角速度信号和加速度信号的9轴运动处理传感器、用于采集直流无刷电机转子位置信号的直流无刷电机转子位置传感器、控制单元以及直流无刷电机，9轴运动处理传感器、直流无刷电机转子位置传感器的输出端均与控制单元的输入端相连，控制单元的输出端与直流无刷电机的输入端相连，直流无刷电机输出转矩信号驱动车轮转动。

所述控制单元由9轴运动处理传感器信号处理电路、直流无刷电机转子位置信号处理电路、主控芯片以及直流无刷电机驱动电路组成，所述9轴运动处理传感器的输出端与9轴运动处理传感器信号处理电路的输入端相连，直流无刷电机转子位置传感器的输出端与直流无刷电机转子位置信号处理电路的输入端相连，9轴运动处理传感器信号处理电路、直流无刷电机转子位置信号处理电路的输出端均与主控芯片的输入端相连，主控芯片的输出端与直流无刷电机驱动电路的输入端相连，直流无刷电机驱动电路的输出端与直流无刷电机的输入端相连，所述主控芯片采用数字信号处理器TMS320F2809及其外围电路。

所述9轴运动处理传感器信号处理电路包括芯片MPU6050，其8脚通过上拉电阻R201接VCC_3.3V，且通过电容C201接地；其9脚通过上拉电阻R202接VCC_3.3V；其23脚与数字信号处理器TMS320F2809的5脚相连，且通过上拉电阻R203接VCC_3.3V；其24脚与数字信号处理器TMS320F2809的100脚相连，且通过上拉电阻R204接VCC_3.3V；其13脚接VCC_3.3V，且通过并联的电容C202和C203接地；其20脚通过旁路电容C204接地；其10脚通过旁路电容C205接地；其12脚与数字信号处理器TMS320F2809的95脚相连。

所述直流无刷电机转子位置信号处理电路包括用于接入直流无刷电机转子位置传感器的电源线和信号线的接插头P201，其4、3、2脚分别与光耦OC201、光耦0C202、光耦OC203的输入端相连，光耦OC201、光耦0C202、光耦OC203的输入端分别接限流电阻R205、R206、R207，光耦OC201、光耦0C202、光耦OC203的输出端分别经过上拉电阻R208、上拉电阻R209和上拉电阻R210接VCC_5V，数字信号处理器TMS320F2809的6脚接在上拉电阻R208与光耦OC201的输出端之间，数字信号处理器TMS320F2809的7脚接在上拉电阻R209与光耦OC202的输出端之间，数字信号处理器TMS320F2809的8脚接在上拉电阻R210与光耦OC203的输出端之间。

所述直流无刷电机驱动电路包括驱动器DRV8301，其5脚为过流和过温检测引脚，与数字信号处理器TMS320F2809的60脚相连，且通过上拉电阻R307接VCC_3.3V；其6脚为故障反馈引脚，与数字信号处理器TMS320F2809的61脚相连，且通过上拉电阻R308接VCC_3.3V；其8脚为SPI芯片选择引脚，与数字信号处理器TMS320F2809的57脚相连；其9脚为SPI输入引脚，与数字信号处理器TMS320F2809的50脚相连；其10脚为SPI输出引脚，与数字信号处理器TMS320F2809的52脚相连；其11脚为SPI时钟信号引脚，通过下拉电阻R310与数字信号处理器TMS320F2809的54脚相连；其12脚为直流校准功能使能引脚，与数字信号处理器TMS320F2809的58脚相连，且通过下拉电阻R311接地；其17、18脚为半桥驱动器A的PWM输入信号引脚，分别与数字信号处理器TMS320F2809的47、44脚相连；其47、46、45、44脚用于驱动半桥驱动器A；其19、20脚为半桥驱动器B的PWM输入信号引脚，分别与数字信号处理器TMS320F2809的45、48脚相连；其42、41、40、39脚用于驱动半桥驱动器B；其21、22脚为半桥驱动器C的PWM输入信号引脚，分别与数字信号处理器TMS320F2809的51、53脚相连；其37、36、35、34脚用于驱动半桥驱动器C；所述半桥驱动器A由MOSFET管Q301和MOSFET管304组成，所述半桥驱动器B由MOSFET管Q302和MOSFET管Q305组成，所述半桥驱动器C由MOSFET管Q303和MOSFET管Q306组成。

所述驱动器DRV8301的47脚与半桥驱动器A的MOSFET管Q301的栅极相连；驱动器DRV8301的46脚经过半桥驱动器A的MOSFET管Q301的源极与直流无刷电机的A相相连，并经过电容C304与驱动器DRV8301的48脚相连；驱动器DRV8301的45脚与半桥驱动器A的MOSFET管Q304的栅极相连；驱动器DRV8301的44脚经过半桥驱动器A的MOSFET管Q304的源极和电阻R314与驱动器DRV8301的33脚相连，再经过电容C307与驱动器DRV8301的32脚相连，最后经电阻R315接地；驱动器DRV8301的42脚与半桥驱动器B的MOSFET管Q302的栅极相连；驱动器DRV8301的41脚经过半桥驱动器B的MOSFET管Q302的源极与直流无刷电机的B相相连，并经过电容C305与驱动器DRV8301的43脚相连；驱动器DRV8301的40脚与半桥驱动器B的MOSFET管Q305的栅极相连；驱动器DRV8301的39脚经过半桥驱动器B的MOSFET管Q304的源极和电阻R316与驱动器DRV8301的31脚相连，再经过电容C308与驱动器DRV8301的30脚相连，最后经电阻R317接地；驱动器DRV8301的37脚与半桥驱动器C的MOSFET管Q303的栅极相连；驱动器DRV8301的36脚经过半桥驱动器C的MOSFET管Q303的源极与直流无刷电机的C相相连，并经过电容C306与驱动器DRV8301的38脚相连；驱动器DRV8301的35脚与半桥驱动器C的MOSFET管Q306的栅极相连；驱动器DRV8301的34脚经过半桥驱动器C的MOSFET管Q306的源极接地。

本发明的另一目的在于提供一种电动自平衡独轮车的控制系统的控制方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)将9轴运动处理传感器中集成的陀螺仪采集到的角速度信号，以及加速度计采集到的加速度信号一起发送至控制单元，控制单元通过对角速度信号进行低通滤波，对加速度信号进行高通滤波，再通过四元数法进行姿态解算，获取精确的电动自平衡独轮车实际侧倾角度值θ_act；

(2)将步骤(1)中获取的实际侧倾角度值θ_act与目标侧倾角度值θ_ref相减，目标侧倾角θ_ref设为0，计算出误差e(k)；

e(k)＝θ_ref-θ_act

其中，e(k)是第k个采样时刻的误差；

(3)利用位置式PID控制算法计算直流无刷电机控制力矩u(k)：

$u\left(k\right)=Kp*e\left(k\right)+Ki\underset{j=0}{\overset{k}{\Σ}}*e\left(i\right)+Kd*\[e\left(k\right)-e(k-1)\]$

其中Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数；u(k)是第k个采样时刻的控制力矩，e(k-1)是第k-1个采样时刻的误差，e(i)是第i个采样时刻的误差，i＝0,1,…,k；

(4)根据计算得到的直流无刷电机控制力矩u(k)，输出PWM控制信号驱动直流无刷电机运动。

由上述技术方案可知，本发明的优点如下：第一，本发明利用先进的9轴运动处理传感器测量车辆角速度与加速度信号，并利用传感器数据融合技术，再通过四元数法进行姿态解算，获取精确的电动自平衡独轮车实际侧倾角度值θ_act；第二，本发明采用PID算法控制直流无刷电机旋转，控制稳定可靠；第三，本发明采用数字信号处理器TMS320F2809，该处理器拥有丰富的片内外设资源和100M强大的数字运算能力。

附图说明

图1为本发明的的系统结构框图；

图2为本发明中数字信号处理器TMS320F2809及其外围电路的电路原理图；

图3为9轴运动处理传感器信号处理电路的电路原理图；

图4为直流无刷电机转子位置信号处理电路的电路原理图；

图5为直流无刷电机驱动电路的电路原理图；

图6为本发明的控制方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种电动自平衡独轮车的控制系统，包括用于采集角速度信号和加速度信号的9轴运动处理传感器、用于采集直流无刷电机转子位置信号的直流无刷电机转子位置传感器、控制单元10以及直流无刷电机，9轴运动处理传感器、直流无刷电机转子位置传感器的输出端均与控制单元10的输入端相连，控制单元10的输出端与直流无刷电机的输入端相连，直流无刷电机输出转矩信号驱动车轮转动。

如图1、2所示，所述控制单元10由9轴运动处理传感器信号处理电路11、直流无刷电机转子位置信号处理电路12、主控芯片以及直流无刷电机驱动电路13组成，所述9轴运动处理传感器的输出端与9轴运动处理传感器信号处理电路11的输入端相连，直流无刷电机转子位置传感器的输出端与直流无刷电机转子位置信号处理电路12的输入端相连，9轴运动处理传感器信号处理电路11、直流无刷电机转子位置信号处理电路12的输出端均与主控芯片的输入端相连，主控芯片的输出端与直流无刷电机驱动电路13的输入端相连，直流无刷电机驱动电路13的输出端与直流无刷电机的输入端相连，所述主控芯片采用数字信号处理器TMS320F2809及其外围电路，所述外围电路包括电源电路、晶振电路、复位电路和JTAG接口电路。控制单元10将采集到的角速度信号、加速度信号和直流无刷电机转子位置传感器信号进行处理后，通过数字信号处理器TMS320F2809的PWM_AH、PWM_AL、PWM_BH、PWM_BL、PWM_CH和PWM_CL引脚发出PWM信号来控制直流无刷电机动作，从而驱动车轮转动。

如图3所示，所述9轴运动处理传感器信号处理电路11包括芯片MPU6050，其8脚通过上拉电阻R201接VCC_3.3V，且通过电容C201接地；其9脚通过上拉电阻R202接VCC_3.3V；其23脚与数字信号处理器TMS320F2809的5脚相连，且通过上拉电阻R203接VCC_3.3V；其24脚与数字信号处理器TMS320F2809的100脚相连，且通过上拉电阻R204接VCC_3.3V；其13脚接VCC_3.3V，且通过并联的电容C202和C203接地；其20脚通过旁路电容C204接地；其10脚通过旁路电容C205接地；其12脚与数字信号处理器TMS320F2809的95脚相连。芯片MPU6050将检测到的角速度信号和加速度信号通过I²C接口与数字信号处理器TMS320F2809相连，芯片MPU6050的8脚VLOGIC用来为I²C输出提供逻辑电平芯片；芯片MPU6050的9脚AD0用来设置I²C Slave地址的最低有效位(LSB)；芯片MPU6050的13脚VDD用来为芯片工作供电；芯片MPU6050的20脚CPOUT用于输出电荷泵为MEMS振荡器提供的电压；芯片MPU6050的10脚REGOUT用于输出芯片MPU6050需要的内部支持参考电压；芯片MPU6050的12脚INT用于产生中断信号。

如图4所示，所述直流无刷电机转子位置信号处理电路12包括用于接入直流无刷电机转子位置传感器的电源线和信号线的接插头P201，其4、3、2脚分别与光耦OC201、光耦0C202、光耦OC203的输入端相连，光耦OC201、光耦0C202、光耦OC203的输入端分别接限流电阻R205、R206、R207，光耦OC201、光耦0C202、光耦OC203的输出端分别经过上拉电阻R208、上拉电阻R209和上拉电阻R210接VCC_5V，数字信号处理器TMS320F2809的6脚接在上拉电阻R208与光耦OC201的输出端之间，数字信号处理器TMS320F2809的7脚接在上拉电阻R209与光耦OC202的输出端之间，数字信号处理器TMS320F2809的8脚接在上拉电阻R210与光耦OC203的输出端之间。

如图5所示，所述直流无刷电机驱动电路13包括驱动器DRV8301，其5脚为过流和过温检测引脚，与数字信号处理器TMS320F2809的60脚相连，且通过上拉电阻R307接VCC_3.3V；其6脚为故障反馈引脚，与数字信号处理器TMS320F2809的61脚相连，且通过上拉电阻R308接VCC_3.3V；其8脚为SPI芯片选择引脚，与数字信号处理器TMS320F2809的57脚相连；其9脚为SPI输入引脚，与数字信号处理器TMS320F2809的50脚相连；其10脚为SPI输出引脚，与数字信号处理器TMS320F2809的52脚相连；其11脚为SPI时钟信号引脚，通过下拉电阻R310与数字信号处理器TMS320F2809的54脚相连；其12脚为直流校准功能使能引脚，与数字信号处理器TMS320F2809的58脚相连，且通过下拉电阻R311接地；其17、18脚为半桥驱动器A的PWM输入信号引脚，分别与数字信号处理器TMS320F2809的47、44脚相连；其47、46、45、44脚用于驱动半桥驱动器A；其19、20脚为半桥驱动器B的PWM输入信号引脚，分别与数字信号处理器TMS320F2809的45、48脚相连；其42、41、40、39脚用于驱动半桥驱动器B；其21、22脚为半桥驱动器C的PWM输入信号引脚，分别与数字信号处理器TMS320F2809的51、53脚相连；其37、36、35、34脚用于驱动半桥驱动器C；所述半桥驱动器A由MOSFET管Q301和MOSFET管304组成，所述半桥驱动器B由MOSFET管Q302和MOSFET管Q305组成，所述半桥驱动器C由MOSFET管Q303和MOSFET管Q306组成。

如图5所示，所述驱动器DRV8301的1脚RT_CLK输出降压转换器的开关频率，开关频率随电阻R301阻值的改变而改变；驱动器DRV8301的2脚COMP为开关电流比较器输出引脚；驱动器DRV8301的3脚VSENSE为降压转换器的输出电压检测引脚，通过电阻R303与VCC_5V相连，通过电阻R304接地，电阻R303和电阻R304组成分压电路；驱动器DRV8301的7脚DTC为死区时间调节引脚，通过电阻R305接地，死区时间随电阻305阻值的改变而改变；驱动器DRV8301的14脚CP1和15脚CP2为电荷泵引脚，二者通过陶瓷电容C303相连；驱动器DRV8301的16脚EN_GATE为栅极驱动器和电流放大器的使能引脚，通过上拉电阻R309与VCC_3.3V相连；驱动器DRV8301的4脚PWRGD为开漏输出引脚，通过外接上拉电阻R306与VCC_3.3V相连；驱动器DRV8301的24脚REF为电流检测放大器参考电压设置引脚，与VDD_3.3V相连；驱动器DRV8301的25脚S01为电流放大器的输出信号引脚，通过电阻R312与TMS320F2809的33脚ADC-B6相连；驱动器DRV8301的26脚S02为电流放大器2的输出信号引脚，通过电阻R313与TMS320F2809的33脚ADC-B5相连；驱动器DRV8301的56脚SS_TR用来减小浪涌电流，通过电容C320接地；驱动器DRV8301的50脚PH和51脚PH1为降压转换器内部MOSFET管的源极，通过电容C312与DRV8301的引脚52BST_BK相连，通过稳压管D301接地，通过电感L301与VCC_5V相连，再经过电容C313、C314、C315组成的并联电路接地。

如图5所示，所述驱动器DRV8301的47脚与半桥驱动器A的MOSFET管Q301的栅极相连；驱动器DRV8301的46脚经过半桥驱动器A的MOSFET管Q301的源极与直流无刷电机的A相相连，并经过电容C304与驱动器DRV8301的48脚相连；驱动器DRV8301的45脚与半桥驱动器A的MOSFET管Q304的栅极相连；驱动器DRV8301的44脚经过半桥驱动器A的MOSFET管Q304的源极和电阻R314与驱动器DRV8301的33脚相连，再经过电容C307与驱动器DRV8301的32脚相连，最后经电阻R315接地；驱动器DRV8301的42脚与半桥驱动器B的MOSFET管Q302的栅极相连；驱动器DRV8301的41脚经过半桥驱动器B的MOSFET管Q302的源极与直流无刷电机的B相相连，并经过电容C305与驱动器DRV8301的43脚相连；驱动器DRV8301的40脚与半桥驱动器B的MOSFET管Q305的栅极相连；驱动器DRV8301的39脚经过半桥驱动器B的MOSFET管Q304的源极和电阻R316与驱动器DRV8301的31脚相连，再经过电容C308与驱动器DRV8301的30脚相连，最后经电阻R317接地；驱动器DRV8301的37脚与半桥驱动器C的MOSFET管Q303的栅极相连；驱动器DRV8301的36脚经过半桥驱动器C的MOSFET管Q303的源极与直流无刷电机的C相相连，并经过电容C306与驱动器DRV8301的38脚相连；驱动器DRV8301的35脚与半桥驱动器C的MOSFET管Q306的栅极相连；驱动器DRV8301的34脚经过半桥驱动器C的MOSFET管Q306的源极接地。

如图6所示，本控制方法包括下列步骤：

(1)将9轴运动处理传感器中集成的陀螺仪采集到的角速度信号，以及加速度计采集到的加速度信号一起发送至控制单元10，控制单元10通过对角速度信号进行低通滤波，对加速度信号进行高通滤波，再通过四元数法进行姿态解算，获取精确的电动自平衡独轮车实际侧倾角度值θ_act；

(2)将步骤(1)中获取的实际侧倾角度值θ_act与目标侧倾角度值θ_ref相减，目标侧倾角θ_ref设为0，计算出误差e(k)；

e(k)＝θ_ref-θ_act其中，e(k)是第k个采样时刻的误差；

(3)利用位置式PID控制算法计算直流无刷电机控制力矩u(k)：

$u\left(k\right)=Kp*e\left(k\right)+Ki\underset{j=0}{\overset{k}{\Σ}}*e\left(i\right)+Kd*\[e\left(k\right)-e(k-1)\]$

其中Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数；u(k)是第k个采样时刻的控制力矩，e(k-1)是第k-1个采样时刻的误差，e(i)是第i个采样时刻的误差，i＝0,1,…,k；

(4)根据计算得到的直流无刷电机控制力矩u(k)，输出PWM控制信号驱动直流无刷电机运动。

对于不同的电动自平衡独轮车，具体的控制参数即比例系数Kp，积分系数Ki，微分系数Kd的设定需要根据自平衡独轮车本身的参数以及安装在自平衡独轮车上的直流无刷电机本身的参数来制定。

综上所述，本发明采用数字信号处理器TMS320F2809，该处理器拥有丰富的片内外设资源和100M强大的数字运算能力，并利用先进的9轴运动处理传感器测量车辆角速度与加速度，通过传感器数据融合技术，再通过四元数法进行姿态解算，获取精确的电动自平衡独轮车侧倾角度，运用PID控制算法控制直流无刷电机，控制稳定可靠。

Claims (7)

1.一种电动自平衡独轮车的控制系统，其特征在于：包括用于采集角速度信号和加速度信号的9轴运动处理传感器、用于采集直流无刷电机转子位置信号的直流无刷电机转子位置传感器、控制单元以及直流无刷电机，9轴运动处理传感器、直流无刷电机转子位置传感器的输出端均与控制单元的输入端相连，控制单元的输出端与直流无刷电机的输入端相连，直流无刷电机输出转矩信号驱动车轮转动。

2.根据权利要求1所述的电动自平衡独轮车的控制系统，其特征在于：所述控制单元由9轴运动处理传感器信号处理电路、直流无刷电机转子位置信号处理电路、主控芯片以及直流无刷电机驱动电路组成，所述9轴运动处理传感器的输出端与9轴运动处理传感器信号处理电路的输入端相连，直流无刷电机转子位置传感器的输出端与直流无刷电机转子位置信号处理电路的输入端相连，9轴运动处理传感器信号处理电路、直流无刷电机转子位置信号处理电路的输出端均与主控芯片的输入端相连，主控芯片的输出端与直流无刷电机驱动电路的输入端相连，直流无刷电机驱动电路的输出端与直流无刷电机的输入端相连，所述主控芯片采用数字信号处理器TMS320F2809及其外围电路。

3.根据权利要求1所述的电动自平衡独轮车的控制系统，其特征在于：所述9轴运动处理传感器信号处理电路包括芯片MPU6050，其8脚通过上拉电阻R201接VCC_3.3V，且通过电容C201接地；其9脚通过上拉电阻R202接VCC_3.3V；其23脚与数字信号处理器TMS320F2809的5脚相连，且通过上拉电阻R203接VCC_3.3V；其24脚与数字信号处理器TMS320F2809的100脚相连，且通过上拉电阻R204接VCC_3.3V；其13脚接VCC_3.3V，且通过并联的电容C202和C203接地；其20脚通过旁路电容C204接地；其10脚通过旁路电容C205接地；其12脚与数字信号处理器TMS320F2809的95脚相连。

4.根据权利要求1所述的电动自平衡独轮车的控制系统，其特征在于：所述直流无刷电机转子位置信号处理电路包括用于接入直流无刷电机转子位置传感器的电源线和信号线的接插头P201，其4、3、2脚分别与光耦OC201、光耦0C202、光耦OC203的输入端相连，光耦OC201、光耦0C202、光耦OC203的输入端分别接限流电阻R205、R206、R207，光耦OC201、光耦0C202、光耦OC203的输出端分别经过上拉电阻R208、上拉电阻R209和上拉电阻R210接VCC_5V，数字信号处理器TMS320F2809的6脚接在上拉电阻R208与光耦OC201的输出端之间，数字信号处理器TMS320F2809的7脚接在上拉电阻R209与光耦OC202的输出端之间，数字信号处理器TMS320F2809的8脚接在上拉电阻R210与光耦OC203的输出端之间。

5.根据权利要求1所述的电动自平衡独轮车的控制系统，其特征在于：所述直流无刷电机驱动电路包括驱动器DRV8301，其5脚为过流和过温检测引脚，与数字信号处理器TMS320F2809的60脚相连，且通过上拉电阻R307接VCC_3.3V；其6脚为故障反馈引脚，与数字信号处理器TMS320F2809的61脚相连，且通过上拉电阻R308接VCC_3.3V；其8脚为SPI芯片选择引脚，与数字信号处理器TMS320F2809的57脚相连；其9脚为SPI输入引脚，与数字信号处理器TMS320F2809的50脚相连；其10脚为SPI输出引脚，与数字信号处理器TMS320F2809的52脚相连；其12脚为直流校准功能使能引脚，与数字信号处理器TMS320F2809的58脚相连，且通过下拉电阻R311接地；其17、18脚为半桥驱动器A的PWM输入信号引脚，分别与数字信号处理器TMS320F2809的47、44脚相连；其47、46、45、44脚用于驱动半桥驱动器A；其19、20脚为半桥驱动器B的PWM输入信号引脚，分别与数字信号处理器TMS320F2809的45、48脚相连；其42、41、40、39脚用于驱动半桥驱动器B；其21、22脚为半桥驱动器C的PWM输入信号引脚，分别与数字信号处理器TMS320F2809的51、53脚相连；其37、36、35、34脚用于驱动半桥驱动器C；所述半桥驱动器A由MOSFET管Q301和MOSFET管304组成，所述半桥驱动器B由MOSFET管Q302和MOSFET管Q305组成，所述半桥驱动器C由MOSFET管Q303和MOSFET管Q306组成。

6.根据权利要求5所述的电动自平衡独轮车的控制系统，其特征在于：所述驱动器DRV8301的47脚与半桥驱动器A的MOSFET管Q301的栅极相连；驱动器DRV8301的46脚经过半桥驱动器A的MOSFET管Q301的源极与直流无刷电机的A相相连，并经过电容C304与驱动器DRV8301的48脚相连；驱动器DRV8301的45脚与半桥驱动器A的MOSFET管Q304的栅极相连；驱动器DRV8301的44脚经过半桥驱动器A的MOSFET管Q304的源极和电阻R314与驱动器DRV8301的33脚相连，再经过电容C307与驱动器DRV8301的32脚相连，最后经电阻R315接地；驱动器DRV8301的42脚与半桥驱动器B的MOSFET管Q302的栅极相连；驱动器DRV8301的41脚经过半桥驱动器B的MOSFET管Q302的源极与直流无刷电机的B相相连，并经过电容C305与驱动器DRV8301的43脚相连；驱动器DRV8301的40脚与半桥驱动器B的MOSFET管Q305的栅极相连；驱动器DRV8301的39脚经过半桥驱动器B的MOSFET管Q304的源极和电阻R316与驱动器DRV8301的31脚相连，再经过电容C308与驱动器DRV8301的30脚相连，最后经电阻R317接地；驱动器DRV8301的37脚与半桥驱动器C的MOSFET管Q303的栅极相连；驱动器DRV8301的36脚经过半桥驱动器C的MOSFET管Q303的源极与直流无刷电机的C相相连，并经过电容C306与驱动器DRV8301的38脚相连；驱动器DRV8301的35脚与半桥驱动器C的MOSFET管Q306的栅极相连；驱动器DRV8301的34脚经过半桥驱动器C的MOSFET管Q306的源极接地。

7.一种电动自平衡独轮车的控制系统的控制方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)将9轴运动处理传感器中集成的陀螺仪采集到的角速度信号，以及加速度计采集到的加速度信号一起发送至控制单元，控制单元通过对角速度信号进行低通滤波，对加速度信号进行高通滤波，再通过四元数法进行姿态解算，获取精确的电动自平衡独轮车实际侧倾角度值θ_act；

(2)将步骤(1)中获取的实际侧倾角度值θ_act与目标侧倾角度值θ_ref相减，目标侧倾角θ_ref设为0，计算出误差e(k)；

e(k)＝θ_ref-θ_act

其中，e(k)是第k个采样时刻的误差；

(3)利用位置式PID控制算法计算直流无刷电机控制力矩u(k)：

其中Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数；u(k)是第k个采样时刻的控制力矩，e(k-1)是第k-1个采样时刻的误差，e(i)是第i个采样时刻的误差，i＝0,1,…,k；

(4)根据计算得到的直流无刷电机控制力矩u(k)，输出PWM控制信号驱动直流无刷电机运动。