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第
30
卷 第
2
期
2015
年
6
月
西 南 科 技 大 学 学 报
Journal of Southwest University of Science and Technology
Vol. 30 No. 2
June 2015
收稿日期
: 2015 - 02 - 11
基金项目
:
西南科技大学教改试点班
“
电子设计竞赛大学生创新实践班
”
项目资助
( 190004) 。
作者简介
:
蒋龙
( 1993—) ,
男
,
本科生
,
专业方向为自动化
。E - mail: 1417700745@ qq. com
基于积分分离
PID
控制的自平衡小车设计
蒋 龙 罗 亮 王 欣
(
西南科技大学信息工程学院 四川绵阳
621010)
摘要
:
以
STM32F103VET6
作为控制核心芯片
,
采用带加速度计的陀螺仪
MPU6050
构成小车姿态检测装置
,
采用双
路驱动器
TB6612FNG
驱动带数字编码器的直流电机搭建了自平衡小车系统
。
采用积分分离式
PID
算法实现了车
身平衡的快速稳定控制
。
经实验证明积分分离式
PID
算法能够快速
、
稳定地控制小车系统达到平衡状态
。
关键词
:
积分分离式
PID
平衡小车 姿态检测
中图分类号
: TP13
文献标志码
: A
文章编号
: 1671 - 8755( 2015) 02 - 0088 - 05
Integral Separation PID Control Based on Self - balanced Car Design
JIANG Long,LUO Liang,WANG Xin
( School of Information Science and Engineering,Southwest University of Science and Technology,
Mianyang 621010,Sichuan,China)
Abstract: Based STM32F103VET6 control core chip,with accelerometer gyroscope MPU6050 constitute
trolley posture detection device,with dual drive TB6612FNG drive with digital encoders DC motor a self
- balanced car system was built. Integral separate PID algorithm was used to ac hieve a rapid and stable
control of body balance. The experimental testing indicate integral separation PID algorithm can quickly
and stably co ntrol the car system to reach equilibrium.
Key words: Integral separate PID; Balanced car; Attitude detection
两轮自平衡小车是一种典型的欠驱动系统
( un-
deractuated system) 、
非完整系统
( nonholonomic sys-
tem) ,
其核心问题是对小车的平衡控制和运动控
制
[1]
。
常见的平衡小车控制算法有普通
PID
算法
、
模糊控制算法和神经网络算法等
[2]
。
普通的
PID
算法能够有效实现小车系统的平衡控制
,
但当小车
系统的倾角比较大时
,
算法速度很容易跟不上
,
导致
小车趋于发散状态
,
以至于无法维持自身的平衡状
态
;
模糊控制算法和神经网络算法在一定程度上可
以解决这一问题
,
但在线运算时需要控制器提供大
量的内存存储数据
,
对控制器的性能要求特别高
。
基于以上控制算法的不足
,
本文采用了积分分离式
PID
算法对小车进行控制
,
使其可在大范围倾角内
快速达到平衡
,
并且该算法占用主控芯片内存不大
,
对控制器的要求也不高
。
1
系统总体设计
系统总体设计框图和实物图如图
1
所示
,
自动
平衡小车系统主要由陀螺仪
MPU6050、
驱 动 器
TB6612FNG、
控制器
STM32F103ZET6
和带编码器的
直流电机组成
。
小车系统采用两块
7. 5 V
锂电池串
联
,
利用
LM2578
和
LM2576
分别把串联电压转换为
12 V
和
5 V
电压给系统供电
。
小车系统的主控制器通过定时器中断
,
利用
I
2
C
协议读取陀螺仪
MPU6050
检测的姿态信息
,
并
经过主控器的卡尔曼滤波和数据融合处理后
,
与串
口通信
,
把姿态信息实时显示在上位机上
,
采用积分
分离式
PID
算法控制定时器输出
PWM
波形
,
再利
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