倒立摆平衡车毕业论文(什么是倒立摆?研究倒立摆有什么意义?)

1.什么是倒立摆?研究倒立摆有什么意义?

倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的、非线性系统，是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想实验平台。

对倒立摆系统的研究能有效的反映控制中的许多典型问题：如非线性问题、鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等。通过对倒立摆的控制，用来检验新的控制方法是否有较强的处理非线性和不稳定性问题的能力。

同时，其控制方法在军工、航天、机器人和一般工业过程领域中都有着广泛的用途，如机器人行走过程中的平衡控制、火箭发射中的垂直度控制和卫星飞行中的姿态控制等。 分类 倒立摆系统按摆杆数量的不同，可分为一级，二级，三级倒立摆等，多级摆的摆杆之间属于自有连接（即无电动机或其他驱动设备）。

现在由中国的北京师范大学李洪兴教授领导的“模糊系统与模糊信息研究中心”暨复杂系统智能控制实验室采用变论域自适应模糊控制成功地实现了四级倒立摆。是世界上第一个成功完成四级倒立摆实验的国家。

倒立摆的控制目标 倒立摆的控制问题就是使摆杆尽快地达到一个平衡位置，并且使之没有大的振荡和过大的角度和速度。当摆杆到达期望的位置后，系统能克服随机扰动而保持稳定的位置。

倒立摆的控制方法 倒立摆系统的输入为小车的位移（即位置）和摆杆的倾斜角度期望值，计算机在每一个采样周期中采集来自传感器的小车与摆杆的实际位置信号，与期望值进行比较后，通过控制算法得到控制量，再经数模转换驱动直流电机实现倒立摆的实时控制。直流电机通过皮带带动小车在固定的轨道上运动，摆杆的一端安装在小车上，能以此点为轴心使摆杆能在垂直的平面上自由地摆动。

作用力u平行于铁轨的方向作用于小车，使杆绕小车上的轴在竖直平面内旋转，小车沿着水平铁轨运动。当没有作用力时，摆杆处于垂直的稳定的平衡位置（竖直向下）。

为了使杆子摆动或者达到竖直向上的稳定，需要给小车一个控制力，使其在轨道上被往前或朝后拉动。

2.双轮平衡车10寸和八寸的区别是什么?

双轮平衡车10寸和八寸的区别是：指的是轮子的尺寸10寸和8寸。

两轮平衡车 1. 自平衡两轮电动车 2. 自平衡两轮电动车由于两轮自平衡电动车的两轮结构，使得它的重心在上、支点在下，故在非控制状态（或静态）下为一不稳定系统。 3. 然而，可以利用倒立摆系统的控制原理，通过微处理器的控制使它能够如倒立摆一样稳定在一个平衡位置处，并能在保持平衡的状态下按照使用者的指令要求正常运行。

4. 两轮自平衡电动车实际上是一级直线式倒立摆和旋转式倒立摆的结合体，它的控制原理与倒立摆系统的基本一致。更形象地说，自平衡电动车的工作原理更像人行走的过程。

5. 对于人而言，当人体的重心向前倾斜并失去平衡时，人通过自身的感觉器官能够察觉到自己身体的倾斜（角度），于是他会做出一个反应——向前迈出一步来防止自己摔倒在地上。 6. 如果身体一直前倾，为了保持平衡，人就会一步又一步地往前走。

因此，如果将两个由电机驱动的车轮看成人的双腿，再加上能够测量车体相对于水平面倾角大小和速度的传感器，最后通过微处理器的控制便能够实现车体自平衡的效果。 7. 因而当人站在车上时，只要将身体带动车体一起往前倾（或后倾）就可以实现电动车载人前进（或后退）。

3.关于PID控制的倒立摆程序与程序解析

include "stc12.h" #include #include"pid.h" typedef unsigned char uint8; typedef unsigned int uint16; typedef unsigned long int uint32； /*********************************函数声明****************** 结构体设定 ***********************************************************/ typedef struct PIDValue { uint32 Ek_Uint32[3]； //差值保存，给定和反馈的差值 uint8 EkFlag_Uint8[3]； //差值标志位符号，1则对应的为负数，0为对应的为正数 uint8 KP_Uint8； //比例系数 uint8 KI_Uint8； //积分系数 uint8 KD_Uint8； //微分显示 uint16 Uk_Uint16； //上一时刻的控制电压 uint16 RK_Uint16； //设定值 uint16 CK_Uint16； //实际值 uint8 Vaule_Flag； //输出的值正负标志位，0为正，1为负 }PIDValueStr; PIDValueStr PID； //定义一个结P构体 uint16 out ； // 加热输出（PID运算后的输出值） /*********************************************************************************** 增量型PID算式：PID :Uk=KP*[E(k)-E(k-1)]+KI*E(k)+KD*[E(k)-2E(k-1)+E(k-2)] 函数入口： RK（设定值），CK（实际值），KP,KI,KD PID比例参数 函数出口： U(K) PID运算函数 **************************************************************************************/ uint16 PID_Calc(uint16 PIDinput) { uint32 Temp[3]； //中间临时变量 uint32 PostSum； //正数和 uint32 NegSum； //负数和 Temp[0] = 0； //给储存中间临时变量赋初值 Temp[1] = 0; Temp[2] = 0; PostSum = 0； //给存储所有的正数变量赋初值 NegSum = 0； //给存储所有的负值变量赋初值 PID.RK_Uint16=180； //设定值为180 PID.CK_Uint16=PIDinput； //输入值 if( PID.RK_Uint16 > PID.CK_Uint16 ) //如果设定值大于实际值，就是当前的值比设定值小 { if( PID.RK_Uint16 - PID.CK_Uint16 >10 ) //计算偏差是否大于 piancha=10 （ 这里的10由 piancha 来设定大小，根据实际情况设定） //if( PID.RK_Uint16 - PID.CK_Uint16 >piancha ) { //如果偏差大于 piancha=10 不在设定的PID调控范围之内就全速加热 out = 100； //偏差大于piancha=10为上限幅值输出（全速加热） // PID.Uk_Uint16 = full_speed； //全速时的加热值，更具实际情况可自由设定 这里full_speed=100; } else //如果偏差小于 piancha=10 再调节的范围内就计算储存起来 { //下面就是PID算法 Temp[0] = PID.RK_Uint16 - PID.CK_Uint16； // 计算出当前偏差值E(k) PID.EkFlag_Uint8[1]=0; //E(k)为正数 的标志位 0为正，1为负 //数值移位 PID.Ek_Uint32[2] = PID.Ek_Uint32[1]； //存储E(k-2) PID.Ek_Uint32[1] = PID.Ek_Uint32[0]； //储存E(k-1) PID.Ek_Uint32[0] = Temp[0]； //存储E(k) /****************************************************************************************/ if( PID.Ek_Uint32[0] >PID.Ek_Uint32[1] ) //E(k)>E(k-1) 为正数 { Temp[0]=PID.Ek_Uint32[0] - PID.Ek_Uint32[1]; //E(k)-E(k-1) 保存 PID.EkFlag_Uint8[0]=0； // 设定标志位 0为正，1为负 } else //E(k)Temp[2] ) //E(k-2)+E(k)>2E(k-1) { Temp[2]=(PID.Ek_Uint32[0]+ PID.Ek_Uint32[2])-Temp[2]; //E(k-2)+E(k)-2E(k-1)为正数 PID.EkFlag_Uint8[2]=0; } else //E(k-2)+E(k)-2E(k-1)为负数 { Temp[2]=Temp[2]-(PID.Ek_Uint32[0]+ PID.Ek_Uint32[2]); //2E(k-1)-(E(k-2)+E(k)) PID.EkFlag_Uint8[2]=1; } /**********************************************************************************************/ Temp[0] = (uint32)PID.KP_Uint8 * Temp[0]; // KP*[E(k)-E(k-1)] Temp[1] = (uint32)PID.KI_Uint8 * PID.Ek_Uint32[0]; // KI*E(k) Temp[2] = (uint32)PID.KD_Uint8 * Temp[2]; // KD*[E(k-2)+E(k)-2E(k-1)] /************************以下部分代码是讲所有的正数项叠加，负数项叠加**************************/ /**************************************KP*[E(k)-E(k-1)]********************************************/ if(PID.EkFlag_Uint8[0]==0) PostSum += Temp[0]； //正数和 else NegSum += Temp[0]； //负数和 /*************************************** KI*E(k)*************************************************/ if(PID.EkFlag_Uint8[1]==0) PostSum += Temp[1]； //正数和 else ； //空操作，E(K)>0 /************************************KD*[E(k-2)+E(k)-2E(k-1)]*************************************/ if(PID.EkFlag_Uint8[2]==0) PostSum += Temp[2]； //正数和 else NegSum += Temp[2]； //负数和 /**********************************************U(K)*************************************************/ //PostSum += (uint32)PID.Uk_Uint16; if(PostSum > NegSum ) // 是否控制量为正数 { out= PostSum - NegSum; PID.Vaule_Flag=0; //PID调节值是正值 } else //控制量输出为负数 { out=NegSum-PostSum; PID.Vaule_Flag=1; //PID调节值是负值 } } //return out; } else //如果设定值小于实际值，就是当前的值大于设定值，就不进行PID计算直接输出 0 { out = 0; } 。

4.两轮自平衡车的速度是怎么控制的

平衡车上的驾驶者与车辆的总体重心作为参考点。

当总体重心往前移动时，Ninebot车身内的姿态测量传感器快速感知到此变化，并驱动内置电机产生往前的力量和速度来平衡人与车往前倾倒的扭矩，Ninebot也就向前移动。相反的，当姿态测量传感器发现总体重心往后移动时，也会产生向后的力量和速度以达到平衡效果。

这种技术类似于倒立摆：如果倒立摆 的重心向前移动，则摆的底部能够感知重心的移动，并随之向前移动，以此来保持倒立摆的平衡。因此，驾驶者只要在Ninebot上前倾就可以驾驶Ninebot前进；往后倾就可以后退。

5.什么是电动平衡车 有照片吗

电动平衡车是一种两轮式左右并行布置结构的具有自平衡系统的电动车。利用倒立摆控制原理，使车体始终保持平衡。在车体内嵌入式CPU的控制下，采集平衡传感器以及速度、加速度传感器的数据，通过建立的系统数学模型和控制算法，计算输出PWM信号，自动控制两个伺服电机的转矩，使车体持平衡并能够根据人体重心的偏移，自动前进、后退及转弯。

6.平衡车怎么调快

平衡车都有一个限制速度的，调快是无法调的。

一. 基本概念

自平衡电动车是利用动态平衡原理控制前进及后退的高科技智能产品，随着身体的倾斜，可以随心所欲地控制行驶速度及前进方向。由美国发明家狄恩·卡门与他的DEKA研发公司团队发明设计。其运作原理建立在“动态稳定”的基本原理上，以内置的精密固态陀螺仪来判断车身所处的姿势状态，透过精密且高速的中央微处理器计算出适当的指令后，驱动马达来做到平衡效果。自平衡电动车已被中国警方广泛使用。

二. 主要类型

1.两轮车

自平衡两轮电动车由于两轮自平衡电动车的两轮结构，使得它的重心在上、支点在下，故在非控制状态（或静态）下为一不稳定系统。然而，可以利用倒立摆系统的控制原理，通过微处理器的控制使它能够如倒立摆一样稳定在一个平衡位置处，并能在保持平衡的状态下按照使用者的指令要求正常运行。

2.独轮车

自平衡独轮电动车自平衡电动独轮车是一种电力驱动、具有自我平衡能力的交通工具。独轮车代替自行车和电动车作为交通工具是时尚潮流的发展。使用者把脚分别放在轮子两侧的折叠式踏板上以后，通过控制重心，从而控制车体的加速与减速。身体向前倾斜是加速，向后倾斜是减速，向左和向右倾斜身体是转弯。身体向前倾斜的角度越厉害，速度就越快，车内的一系列回旋装置确保它能很好地保持平衡。

7.求一【电机与电气控制技术】毕业论文

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