雙輪自平衡車控制

任航

摘 要：雙輪自平衡車屬于一種兩輪同軸布置的交通工具，具有較多的優(yōu)點(diǎn)，其平衡系統(tǒng)也是遵循一定的理論構(gòu)建的，所以雙輪自平衡車具有一定的研究?jī)r(jià)值和意義。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)雙輪自平衡車進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并且取得了較好的成果，這主要源于雙輪自平衡車的控制系統(tǒng)具有一定的優(yōu)點(diǎn)和現(xiàn)實(shí)意義，能夠指引人類交通工具的不斷演變和發(fā)展方向。本文論述了雙輪自平衡車的控制優(yōu)點(diǎn)、原理和意義，并且提出了雙輪自平衡車的控制系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)需要注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：雙輪自平衡車；控制系統(tǒng)；控制原理

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)也有了較快的發(fā)展，然而卻給我國(guó)帶來(lái)了一系列的問(wèn)題，如：交通壓力、環(huán)境、能源消耗等，因此，我國(guó)需要積極研究和開(kāi)發(fā)節(jié)能的汽車或者代步工具。雙輪自平衡車作為一種電動(dòng)車，既能夠節(jié)省能源，又能夠緩解交通壓力，同時(shí)還不會(huì)引發(fā)一系列的環(huán)境問(wèn)題，所以是一種十分理想的交通工具。文章對(duì)雙輪自平衡車的優(yōu)點(diǎn)、控制原理、控制意義以及需要注意的問(wèn)題做了分別的闡述。

1 雙輪自平衡車的控制優(yōu)點(diǎn)

第一，雙輪自平衡車具有運(yùn)動(dòng)靈活性。它的轉(zhuǎn)彎半徑可以縮小到零，相當(dāng)于原地旋轉(zhuǎn)，而由于它的體型較小，所以可以在狹小的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)，這種靈活性較強(qiáng)的雙輪自平衡車更加適合作為人們的代步工具。第二，雙輪自平衡車是屬于智能化控制的，所以車的自身具有較好的保持平衡性，而操作過(guò)程中只需要對(duì)控制器的按鈕進(jìn)行控制，就可以輕松操作，方法十分簡(jiǎn)便和快捷。第三，雙輪自平衡車的控制系統(tǒng)構(gòu)造十分簡(jiǎn)單，只需要控制車身的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速等即可，所以不需要其他復(fù)雜的構(gòu)造。第四，雙輪自平衡車操作起來(lái)十分方便，使用者只需要通過(guò)調(diào)節(jié)自身的重心點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)車身的前進(jìn)、后退等控制操作，沒(méi)有過(guò)于復(fù)雜的操作環(huán)節(jié)，所以適合更多的群體使用。第五，雙輪自平衡車能夠應(yīng)用于多種場(chǎng)合，它的體積較小，占地面積也少，所以形同于行人走路的體積，因此可以穿梭于多種多樣的場(chǎng)合，是人們短途交通的最佳代步工具[1]。

2 雙輪自平衡車的控制原理

雙輪自平衡車本身具有傳感器，而傳感器能夠較好的明確車體的實(shí)時(shí)狀態(tài)以及指令和信號(hào)等信息，而這些信息經(jīng)過(guò)雙輪自平衡車控制結(jié)構(gòu)的處理后與預(yù)期的結(jié)果進(jìn)行有效對(duì)比，在確認(rèn)符合程序之后，微處理器會(huì)對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)做出合理計(jì)算并且輸出有效的結(jié)果，從而更好的驅(qū)動(dòng)雙輪自平衡車以目標(biāo)速度和方向運(yùn)轉(zhuǎn)，在保持平衡狀態(tài)下做到載人的安全。這就是雙輪自平衡車的控制原理。有了雙輪自平衡車，更加體現(xiàn)了汽車行業(yè)的智能化和信息化，從而更好的實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、高效。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)雙輪自平衡車都有了較多的研究，并且其平衡技術(shù)水平和控制功能在不斷的提高。雙輪自平衡車雖然已經(jīng)應(yīng)用于人類社會(huì)，給人類帶去了更方便的交通和促進(jìn)了人類社會(huì)的發(fā)展，但是雙輪自平衡車的價(jià)值還不止于此，其技術(shù)水平還會(huì)隨著科研的不斷進(jìn)步而進(jìn)一步提高[2]。

3 雙輪自平衡車的控制意義

首先，雙輪自平衡車作為載人的代步交通工具，可以在眾多場(chǎng)合使用，并且能夠節(jié)省資源、緩解交通和環(huán)境壓力。雙輪自平衡車具有一定的使用價(jià)值，可以成為許多群體的代步工具，不僅提高了人們的交通效率，而且最重要的是有效的緩解了我國(guó)的能源壓力、交通壓力、環(huán)境壓力，所以雙輪自平衡車具有一定的應(yīng)用意義。

其次，促進(jìn)我國(guó)相關(guān)人員對(duì)控制技術(shù)的進(jìn)一步研究。雙輪自平衡車的成功應(yīng)用是控制技術(shù)在生活中應(yīng)用的成功案例，我國(guó)相關(guān)科研人員可以將雙輪自平衡車作為一種研究對(duì)象，從而對(duì)多種控制技術(shù)的算法進(jìn)行驗(yàn)證和鉆研，檢驗(yàn)新型控制技術(shù)的技術(shù)水平和其正確性，更可以在教學(xué)過(guò)程中作為一種典型案例進(jìn)行講授。

再次，促進(jìn)雙輪自平衡車的不斷改進(jìn)以適應(yīng)更多領(lǐng)域的應(yīng)用。雙輪自平衡車的應(yīng)用能夠?yàn)槲覈?guó)有效的減緩交通、環(huán)境、能源壓力，所以我國(guó)應(yīng)對(duì)其進(jìn)行積極改進(jìn)，促進(jìn)雙輪自平衡車向更多領(lǐng)域的應(yīng)用拓展。

最后，雙輪自平衡車的平衡系統(tǒng)結(jié)合了眾多的科技技術(shù)，所以能夠有效的推動(dòng)眾多領(lǐng)域科技的發(fā)展，也有利于解決許多其他行業(yè)中關(guān)于平衡和控制技術(shù)的問(wèn)題[3]。

4 雙輪自平衡車的控制系統(tǒng)需要注意的問(wèn)題

首先，注重雙輪自平衡車的轉(zhuǎn)矩控制和車輪的轉(zhuǎn)速匹配問(wèn)題。電動(dòng)機(jī)是雙輪自平衡車的動(dòng)力源，所以需要具有穩(wěn)定的平衡性和良好的運(yùn)行性，而這就需要兼顧雙輪自平衡車的轉(zhuǎn)矩與車輪速度之間的協(xié)調(diào)，以更好的發(fā)揮雙輪自平衡車的平衡控制能力。

其次，控制算法要針對(duì)不同的負(fù)載和不同的重心位置而設(shè)定計(jì)算方法，使算法與其保持一致，以提高控制系統(tǒng)的自平衡能力。并且雙輪自平衡車的不同重心位置都有不同的控制算法，這主要是源于雙輪自平衡車是憑借人體的重心傾向而辨別方向和控制操作的。

最后，把握傳感器的測(cè)量準(zhǔn)確度，傳感器測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確與否與雙輪自平衡車的平衡控制系統(tǒng)有直接的關(guān)系，更能夠影響雙輪自平衡車的性能，所以需要精確傳感器的測(cè)量系統(tǒng)，以最大程度的適應(yīng)雙輪自平衡車的平衡控制技術(shù)。

總而言之，雙輪自平衡車有良好的平衡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，更具有許多的優(yōu)點(diǎn)，隨著我國(guó)汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，未來(lái)的交通和環(huán)境壓力會(huì)隨著增加，而能源消耗也會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，因此，我國(guó)需要積極投身于對(duì)節(jié)能汽車和代步工具的研究中，從而促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的更好更快發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

[1]曹志杰.一種自平衡雙輪移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京郵電大學(xué).2008.

[2]田珊珊.基于嵌入式微控制器和低成本傳感器的自平衡兩輪電動(dòng)車研發(fā)[D].重慶交通大學(xué).2012.

[3]段其昌，袁洪躍，金旭東.兩輪自平衡車無(wú)速度傳感器平衡控制仿真研究[J].控制工程.2013，7（20）：90-91.