自平衡小车调试与控制策略详解

本文档主要介绍了如何对自平衡小车进行调校和控制系统设计，针对的是两轮自平衡车，如张俊辉所研究的项目。小车的核心在于实现动态平衡，关键步骤包括以下几个方面： 1. 调角度K值：这是初始阶段，目标是使小车能够基本站立，通过调整电机的K值来控制车身的倾斜，使其在前倾、静止和后仰状态之间切换。 2. 调角速度K值：K值的微调至关重要，过小会使得车辆反应迟钝，而过大则可能降低抗扰能力。需要逐步增加并观察车辆的响应，找到合适的平衡点。 3. 调水平速度K值：精确度是关键，使用光电编码器可以提高车速反馈的准确性。同时，通过低通滤波优化PWM反馈，避免漂移问题，确保控制的稳定性。 4. 位移K值设置：由于速度累加可能导致漂移，因此需要设定上下限防止控制量过大导致不稳定。通过有限的位移控制，维持小车的平衡。 5. 姿态角测量：准确测量小车的倾角（姿态角）是平衡控制的基础，通常依赖于陀螺仪和加速度计，这两个惯性传感器能提供精确的倾斜信息，即使一个能测量角度的传感器也不够，因为它们分别提供角速度和加速度信息，这对于实时动态平衡至关重要。 6. 行走控制：在平衡站立的基础上，行走涉及到更复杂的控制策略，包括前后轮的不同驱动和协调，以及可能的转向操作。这需要对控制系统有深入的理解和精细的编程。 7. 系统架构：整个系统包括车体框架、数据采集模块（陀螺仪、加速度计和光电编码器）、主控板以及驱动系统。微控制器负责数据处理、姿态判断和电机控制等任务。 8. 疑问解答：对于为何需要陀螺仪和加速度计，它们提供了不同类型的运动信息，陀螺仪监测角速度，加速度计则提供直线加速度和垂直加速度，两者结合才能更准确地感知小车的状态，确保控制的精准度。 通过本文档的学习，读者可以了解到自平衡小车的精细控制机制，并掌握如何进行实际操作和调试，这对于开发和优化这类智能交通工具具有重要意义。