兩輪直立智能車設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-27 21:15 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 60是一款三軸低g半導(dǎo)體加速度計(jì)，可以同時(shí)輸出三個(gè)方向上的加速度模擬信號，通過設(shè)置可以使得MMA7260各軸信號最大輸出靈敏度為800mV/g，這個(gè)信號無需要在進(jìn)行放大，直接可以送到單片機(jī)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。只需要測量其中一個(gè)方向上的加速度值，就可以計(jì)算出傾角，比如使用Z軸方向上的加速度信號。車直立時(shí)，固定加速度器在Z軸水平方向，此時(shí)輸出信號為零偏電壓信號。當(dāng)車發(fā)生傾斜時(shí)，重力加速度g便會在Z軸方向形成加速度分量，從而引起該軸輸出電壓變化。變化的規(guī)律為 式中，g為重力加速度；θ為車模傾角；k為加速度傳感器靈敏度系數(shù)系數(shù)。當(dāng)傾角θ比較小的時(shí)候，輸出電壓的變化可以近似與傾角成正比。（2）角速度傳感器陀螺儀陀螺儀可以用來測量物體的旋轉(zhuǎn)角速度。競賽允許選用村田公司出品的ENC03系列的加速度傳感器。它利用了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的物體會受到科里奧利力的原理，在器件中利用壓電陶瓷做成振動單元。當(dāng)旋轉(zhuǎn)器件時(shí)會改變振動頻率從而反映出物體旋轉(zhuǎn)的角速度。在車上安裝陀螺儀，可以測量車模傾斜角速度，將角速度信號進(jìn)行積分便可以得到車模的傾角。由于陀螺儀輸出的是車的角速度，不會受到車體運(yùn)動的影響，因此該信號中噪聲很小。車的角度又是通過對角速度積分而得，這可進(jìn)一步平滑信號，從而使得角度信號更加穩(wěn)定。因此車控制所需要的角度和角速度可以使用陀螺儀所得到的信號。 由于從陀螺儀角速度獲得角度信息，需要經(jīng)過積分運(yùn)算。如果角速度信號存在微小的偏差和漂移，經(jīng)過積分運(yùn)算之后，變化形成積累誤差。這個(gè)誤差會隨著時(shí)間延長逐步增加，最終導(dǎo)致電路飽和，無法形成正確的角度信號，為了消除這個(gè)累積誤差 一種簡單的方法就是通過上面的加速度傳感器獲得的角度信息對此進(jìn)行校正。通過對比積分所得到的角度與重力加速度所得到的角度，使用它們之間的偏差改變陀螺儀的輸出，從而積分的角度逐步跟蹤到加速度傳感器所得到的角度。：（3）雙加速度傳感器獲得角度和角速度加速度傳感器Z軸信號除了由于重力加速度引起的輸出之外，還包括有車模的角加速度和移動加速度產(chǎn)生的信息。在車模現(xiàn)有的參數(shù)基礎(chǔ)上，這些信號在幅值、頻率等方面沒有太大差異，它們疊加在一起無法將它們分開。如果在車模上另外再增加一個(gè)加速度傳感器，兩個(gè)加速度傳感器安裝的高度不同，那么就可以通過這兩個(gè)信號的差值求出車模的角加速度。通過上下兩個(gè)加速度傳感器輸出信號相減，便可以得到車模傾角加速度。對于這個(gè)信號進(jìn)行兩次積分，便可以的獲得車模傾角的角速度和角度。對于積分所可能帶來的積分漂移問題仍然可以采用上面的重力加速度計(jì)補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行消除。 角度控制方案框圖對于直立車速度的控制相對于普通車的速度控制則比較復(fù)雜。由于在速度控制過程中需要始終保持車的平衡，因此車速度控制不能夠直接通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)現(xiàn)需要解決三個(gè)問題： （1）如何測量車速度？ （2）如何通過車模直立控制實(shí)現(xiàn)車傾角的改變？ （3）如何根據(jù)速度誤差控制車傾角？第一個(gè)問題可以通過安裝在電機(jī)輸出軸上的光碼盤來測量得到車的車輪速度。利用控制單片機(jī)的計(jì)數(shù)器測量在固定時(shí)間間隔內(nèi)速度脈沖信號的個(gè)數(shù)可以反映電機(jī)的轉(zhuǎn)速。第二個(gè)問題可以通過角度控制給定值來解決。給定車直立控制的設(shè)定值，在角度控制調(diào)節(jié)下，車模將會自動維持在一個(gè)角度。通過前面車直立控制算
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