基于stm32的两轮自平衡车设计与实现

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1、分类号UDC密级公开硕士研究生学位论文基于STM32的两轮自平衡车设计与实现申请人:潘二伟学号:2161429培养单位:电子工程学院学科专业:控制工程研究方向:检测技术与智能装置指导教师:张鹏教授企业导师：何艳完成日期:2018年4月20日中文摘要中文摘要自平衡车结构简单、控制灵活，能够适应多种复杂场合，其相关应用已经在安保、民用代步工具等领域投入使用。对自平衡车的设计和研究，其相关理论算法和设计思路能够为自平衡车应用提供新的设计方案，具有广阔的应用前景。本文首先对自平衡车进行数学建模。建立自平衡车瞬时力学平衡方程，对控制电机进行线性化处理，建

2、立自平衡车状态空间模型。通过MATLAB验证了该模型的可观性和能控性。然后从自平衡车的功能角度，对其硬件系统进行设计，对关键模块进行选型和计算，确保设计的合理性和科学性。算法设计是本文的重点。本文通过Kalman滤波算法对陀螺仪和加速度计信号进行滤波融合，使自平衡车姿态信息更加准确。同时针对自平衡车系统的不稳定性，设计了LQR控制器，并用Simulink进行仿真，仿真结果表明该算法对自平衡车的姿态具有很好的控制效果。最后，搭建自平衡车控制平台，对自平衡车进行调试，调试结果表明该设计能够很好地实现自平衡车的各项功能。关键词：自平衡车；数学建模；硬

3、件设计；Kalman滤波器；LQR控制算法-I-黑龙江大学硕士论文AbstractTheself-balancingvehiclehasasimplestructure,flexiblecontrolandcanadapttoavarietyofcomplexoccasions.Itsrelatedapplicationshavebeenputintouseinareassuchassecurityandciviliantransportationtools.Thedesignandresearchofself-balancingvehicle

4、s,relatedtheoreticalalgorithmsanddesignideascanprovidenewdesignsolutionsforself-balancingvehicleapplications,andhavebroadapplicationprospects.Thisarticlefirstmathematicallymodelstheself-balancingvehicle.Byestablishingtheinstantaneousbalanceequationoftheself-balancingvehiclea

5、ndlinearizingthecontrolmotor,thestatespacemodeloftheself-balancedvehicleisestablished.Themodel'sobservabilityandcontrollabilitywereverifiedbyMATLAB.Thenfromtheperspectiveofthefunctionoftheself-balancingcar,itshardwareisdesignedandthekeymodulesareselectedandcalculatedtoensure

6、therationalityandscientificdesign.Algorithmdesignisthecorepointandinnovationofthisarticle.Inthispaper,Kalmanfilteringalgorithmisusedtofilterthegyroandaccelerometersignals,sothattheself-balancingvehicleattitudeinformationismoreaccurate.Atthesametime,accordingtotheinstabilityo

7、ftheself-balancingvehiclesystem,theLQRcontrollerisdesignedandsimulatedwithSimulink.Thesimulationresultsshowthatthealgorithmhasagoodcontroleffectontheattitudeoftheself-balancingvehicle.Finally,theself-balancingvehiclecontrolplatformissetuptodebugtheself-balancingvehicle.Thede

8、buggingresultsshowthatthisdesigncanachievethefunctionofself-balancingvehicl