CN108710380A - 一种双轮自平衡小车的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的属于平衡小车控制技术领域，具体为一种双轮自平衡小车的控制系统，包括PID控制器，所述PID控制器的传输端口通过数据线与无线传输模块的传输端口连接，所述无线传输模块的传输端口通过数据线与方向控制手柄的传输端口连接，所述PID控制器的输入端口通过数据线分别与陀螺仪、角速度传感器和速度传感器的输出端口连接，所述PID控制器的输出端通过导线分别与电流控制电路、电机控制电路的输入端连接，所述电流控制电路的输出端通过导线与直流电源连接，通过闭环的控制设计，提高控制的精准性；通过增加远程遥控的控制方式，避免传统的手动直接调节的弊端；较少的电路设计，减少能耗，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及平衡小车控制技术领域，具体为一种双轮自平衡小车的控制系统。
背景技术
双轮自平衡小车是双轮机器人研究的基础，具有多变量、非线性、强耦合等特性。双轮自平衡小车因其结构简单、转向灵活等特点，能在狭窄空间中行驶，以及在特殊环境下执行特殊任务，对变化的地形适应性强，引起新一轮研究热潮和广泛的应用开发。双轮自平衡小车作为控制系统的经典模型，是验证控制理论和力学理论的理想实验平台，为科学理论的实验研究起到了硬件平台的作用，有着巨大的研究价值。
原有的控制系统的组成较为复杂，使得电路回路较多，成本也比较高，为此，我们提出了一种双轮自平衡小车的控制系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双轮自平衡小车的控制系统，以解决上述背景技术中提出的原有的控制系统的组成较为复杂，使得电路回路较多，成本也比较高的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种双轮自平衡小车的控制系统，包括PID控制器，所述PID控制器的传输端口通过数据线与无线传输模块的传输端口连接，所述无线传输模块的传输端口通过数据线与方向控制手柄的传输端口连接，所述PID控制器的输入端口通过数据线分别与陀螺仪、角速度传感器和速度传感器的输出端口连接，所述PID控制器的输出端通过导线分别与电流控制电路、电机控制电路的输入端连接，所述电流控制电路的输出端通过导线与直流电源连接，所述直流电源的电能输出端与PID控制器的输入端连接，所述电机控制电路的输出端通过导线与直流电机的输入端连接，所述速度传感器的测试端口安装在直流电机的转轴处。
优选的，所述方向控制手柄包括单片机、控制柄和显示器，所述单片机的输入端、输出端分别与控制柄、显示器通过数据线连接，所述单片机的传输端口通过数据线与无传输模块的传输端口连接。
优选的，所述控制柄为摇杆式多方向控制柄组件。
优选的，所述电流控制电路为H桥控制电路。
优选的，所述直流电源的输出电压为12V、5V和3.3V。
优选的，所述电机控制电路为可调电阻式控制电路。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)通过闭环的控制设计，提高控制的精准性；
(2)通过增加远程遥控的控制方式，避免传统的手动直接调节的弊端；
(3)较少的电路设计，减少能耗，降低成本。
附图说明
图1为本发明系统原理框图；
图2为本发明方向控制手柄的系统原理框图。
图中：1PID控制器、2无线传输模块、3方向控制手柄、31单片机、32控制柄、33显示器、4陀螺仪、5角速度传感器、6电流控制电路、7直流电源、8电机控制电路、9直流电机、10速度传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种双轮自平衡小车的控制系统，包括PID控制器1，PID控制器1的传输端口通过数据线与无线传输模块2的传输端口连接，无线传输模块2的传输端口通过数据线与方向控制手柄3的传输端口连接，PID控制器1的输入端口通过数据线分别与陀螺仪4、角速度传感器5和速度传感器10的输出端口连接，PID控制器1的输出端通过导线分别与电流控制电路6、电机控制电路8的输入端连接，电流控制电路6的输出端通过导线与直流电源7连接，直流电源7的电能输出端与PID控制器1的输入端连接，电机控制电路8的输出端通过导线与直流电机9的输入端连接，速度传感器10的测试端口安装在直流电机9的转轴处。
其中，方向控制手柄3包括单片机31、控制柄32和显示器33，单片机31的输入端、输出端分别与控制柄32、显示器33通过数据线连接，单片机31的传输端口通过数据线与无传输模块2的传输端口连接，控制柄32为摇杆式多方向控制柄组件，电流控制电路6为H桥控制电路，直流电源7的输出电压为12V、5V和3.3V，电机控制电路8为可调电阻式控制电路。
2采用GPRS远程传输的传输模块，31选择Atmel的AT89C型号的机器，4和5均选取四组，且单个的4与5组成一组，将四组分别对应安装在小车的四角，10采用Tcsensor的W10L传感器。
工作原理：
小车的平衡控制：角度和角速度是用陀螺仪4和角速度传感器5测量出来，测量值转换为数字信号，PID控制器1接收陀螺仪角速度传感器4与角速度传感器5测量的值数字信号，利用PID算法计算出电机转速，通过电机驱动来驱动直流电机9旋转。当车子向前倾斜时，通过直流电机9给车轮一个向前的加速度，车子就又直立状态了；车子后仰时，给车子一个向后的加速度，车子就直立了，从而能够保持小车的平衡。
小车的行走控制：在小车平衡的基础上通过方向控制手柄3给予PID控制器1对小车行走控制的信号，PID控制器1通过电流控制电路6控制直流电源7的输出电压的正负极方向，从而控制直流电机9的转向；电机控制电路8控制直流电机9输入电流的大小，从而控制直流电机9的转速，结合上述的小车的平衡控制，能够在平衡控制的基础上进行控制行走速度、方向。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种双轮自平衡小车的控制系统，包括PID控制器(1)，其特征在于：所述PID控制器(1)的传输端口通过数据线与无线传输模块(2)的传输端口连接，所述无线传输模块(2)的传输端口通过数据线与方向控制手柄(3)的传输端口连接，所述PID控制器(1)的输入端口通过数据线分别与陀螺仪(4)、角速度传感器(5)和速度传感器(10)的输出端口连接，所述PID控制器(1)的输出端通过导线分别与电流控制电路(6)、电机控制电路(8)的输入端连接，所述电流控制电路(6)的输出端通过导线与直流电源(7)连接，所述直流电源(7)的电能输出端与PID控制器(1)的输入端连接，所述电机控制电路(8)的输出端通过导线与直流电机(9)的输入端连接，所述速度传感器(10)的测试端口安装在直流电机(9)的转轴处。
2.根据权利要求1所述的一种双轮自平衡小车的控制系统，其特征在于：所述方向控制手柄(3)包括单片机(31)、控制柄(32)和显示器(33)，所述单片机(31)的输入端、输出端分别与控制柄(32)、显示器(33)通过数据线连接，所述单片机(31)的传输端口通过数据线与无传输模块(2)的传输端口连接。
3.根据权利要求2所述的一种双轮自平衡小车的控制系统，其特征在于：所述控制柄(32)为摇杆式多方向控制柄组件。
4.根据权利要求1所述的一种双轮自平衡小车的控制系统，其特征在于：所述电流控制电路(6)为H桥控制电路。
5.根据权利要求1所述的一种双轮自平衡小车的控制系统，其特征在于：所述直流电源(7)的输出电压为12V、5V和3.3V。
6.根据权利要求1所述的一种双轮自平衡小车的控制系统，其特征在于：所述电机控制电路(8)为可调电阻式控制电路。
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