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两轮自平衡小车(全部设计资料+设计分析)_百工联_工业互联网技术服务平台
两轮自平衡小车(全部设计资料+设计分析)
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方案概述:

该解决方案提供了关于两轮自平衡小车的硬件设计和设计分析。硬件设计包括控制器、加速度传感器、陀螺仪、传感器融合、马达和驱动板芯片等组件。设计分析介绍了控制方法和注意事项,以及电机选取建议和算法选择。附件中提供了设计资料和Matlab建模资料供进一步实施和调试。

解决方案:
根据标题“两轮自平衡小车(全部设计资料+设计分析)”,该解决方案是关于自平衡小车的硬件设计和设计分析。

硬件设计概述:
该自平衡小车的硬件设计包括以下组件:
- 控制器:ATmega16,主频8MHz。
- 加速度传感器:MMA2260。
- 陀螺仪:EWTS82。
- 传感器融合:采用卡尔曼滤波算法。
- 马达:EN_2342CR,速比64,配备双路12脉冲编码器。
- 驱动板芯片:CD4001+IR2111+IRF1404,具备较大的驱动电流能力。

设计分析:
该自平衡小车的控制方法相对简单,主要包括以下步骤:
1. 利用定时器产生10ms的中断,每次中断执行以下工作:
- 对加速度传感器和陀螺仪进行AD采样,并通过卡尔曼滤波算法得出角度和角速度。
- 计算车轮的速度,并通过积分得出位置。
- 利用PD算法计算PWM值,其中PWM值的计算公式为:PWM = K1 * angle + K2 * angle_dot + K3 * speed + K4 * position。
- 根据给定的参考速度计算前进或后退的PWM值。

注意事项:
- 通过增量式轮速传感器的A相中断,读取B相电位来判断前进或后退,并在10ms的时间内进行累加,以计算车轮的速度。
- 由于10ms累加的轮速信号较少,直接计算车体会出现抖动的问题,因此增加了低通滤波来解决这个问题。
- 外部增加了4个电位器,可以手动调节4个K值,以方便调试。
- 附件中的文件夹包含了使用Matlab建模的资料,可以求解出所需的4个K值,供大家自行调试和观察对车辆的影响。

电机选取建议:
- 考虑到减速器和传感器的因素,建议选择带有较大扭矩和功率的电机。
- 转动惯量较大的电机可能会更稳定,因此可以选择不带空心杯的电机。
- 适当增大减速比,并选择较大的轮子。

购买的电机型号参考:
- 根据以上建议,可以参考购买适合的电机型号。

算法:
- 常用的计算方法有互补滤波和卡尔曼滤波,两者都可以输出校正后的角度和角速度。
- 在该解决方案中,采用了卡尔曼滤波算法,并对其进行了精简以适应单片机的运算能力。
- 关于卡尔曼滤波算法的详细资料可以参考附件内容。

以上是关于“两轮自平衡小车(全部设计资料+设计分析)”的解决方案。如有需要,可以参考附件中的设计资料和附带的Matlab建模资料进行进一步的实施和调试。
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