基于积分分离PID控制的自平衡小车设计_蒋龙_电气专业毕业论文范文模板、范本.pdf

"基于积分分离PID控制的自平衡小车设计" 本文旨在设计一个基于积分分离PID控制的自平衡小车系统，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。通过积分分离式 PID 算法实现了车身平衡的快速稳定控制。 PID 控制算法是一种常用的控制算法，广泛应用于工业控制、机器人控制、自动驾驶等领域。然而，在自平衡小车控制中，普通的 PID 算法存在一些不足之处，例如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。 为了解决这个问题，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。该算法的优点是占用主控芯片内存不大，对控制器的要求也不高。 自平衡小车系统的设计需要考虑到多个方面的因素，包括控制算法、硬件设计、软件实现等。其中，控制算法是自平衡小车系统的核心，直接影响着系统的稳定性和可靠性。 本文中，我们将详细介绍基于积分分离PID控制的自平衡小车设计，包括系统总体设计、硬件设计、软件实现等方面的内容。 系统总体设计： 自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。 硬件设计： 小车系统的硬件设计包括陀螺仪 MPU6050、驱动器 TB6612FNG、控制器 STM32F103ZET6 和带编码器的直流电机等。其中，陀螺仪 MPU6050 负责检测小车的姿态信息，驱动器 TB6612FNG 负责驱动电机，控制器 STM32F103ZET6 负责实现积分分离式 PID 算法。 软件实现： 小车系统的软件实现主要包括卡尔曼滤波、数据融合处理、积分分离式 PID 算法等。其中，卡尔曼滤波用于处理陀螺仪 MPU6050 检测的姿态信息，数据融合处理用于将姿态信息与电机速度信息进行融合，积分分离式 PID 算法用于实现车身平衡的快速稳定控制。 通过实验测试，基于积分分离PID控制的自平衡小车系统能够快速、稳定地控制小车系统达到平衡状态，本文的设计和实现对自平衡小车系统的研究和发展具有重要的参考价值。