一种应用于双轮机器人的pid 控制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种控制器，特别涉及一种在双轮微型摩托车应用的PID控制 器。
【背景技术】
[0002] 双轮机器人的运动平衡控制问题，是机器人学和机器人技术研究的重要问题，同 时也是控制科学研究的重要问题。就运动平衡控制问题而言，双轮机器人类似于倒立摆。实 际上，从某种意义上说，倒立摆是双轮机器人的前身，双轮机器人的基本思想和基本原理源 于倒立摆。关于倒立摆的研究多年来国内外的研究已经非常成熟，其文献也相当多，然而更 重要的是如何将倒立摆有效地应用在移动机器人上。近年来，双轮自平衡机器人引起国外 许多研究机构的机器人爱好者极大关注，各种基于不同目的、不同设计方案和控制策略的 自平衡系统相继诞生。
[0003] 在这种应用背景下的双轮微型摩托车应运而生。双轮微型摩托车实际上是一个单 轴的倒立摆系统，在其摆轴的方向上，系统的速度和加速度不恒为零。该系统利用传感器技 术和模糊控制原理实时控制系统的运动姿态并保证其稳定性和动作的准确性。双轮微型摩 托车作为一款能够自我平衡并在无人操作条件下完成的智能摩托车，增强了科技竞技的技 术性和娱乐性，并满足了日新月异的科创需求，为用户提供了一个综合试验平台。
[0004] 双轮机器人的运动平衡控制问题，是机器人学和机器人技术研究的重要问题，同 时也是控制科学研究的重要问题。就运动平衡控制问题而言，双轮机器人类似于倒立摆。实 际上，从某种意义上说，倒立摆是双轮机器人的前身，双轮机器人的基本思想和基本原理源 于倒立摆。倒立摆的相关研究在多年来在国内外已经非常成熟，其文献也相当多，然而更重 要的是如何将倒立摆有效地应用在移动机器人上。近年来，双轮自平衡车引起了许多科研 机构和机器人爱好者的广泛关注，许多根据不同目的、采用不同设计方案和控制策略的自 平衡机器人相继诞生。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种高效改善对双轮移动机器人的电机的控制效果，实现 系统稳定控制的控制器。
[0006] 本发明的目的是这样实现的：
[0007] -种应用于双轮机器人的PID控制器，其组成包括：传感器、计数器、数据采集模 块、控制模块、PID处理模块、姿态调整模块。
[0008] 所述的一种应用于双轮机器人的PID控制器，其特征是对速度进行控制时需要单 片机设置摩托车运动的理想速度，并通过测量元件（光栅码盘）测得摩托车运动的真实速 度，将两者进行比较得到一个差值，将该差值作为控制量输入magel6单片机中，单片机根 据差值大小产生一个平均电压正比于速度差的PWM波，将PWM波送入驱动电路中驱动直流 电机，电机的转速与速度差的大小成正比，方向与该差值正负相关。
[0009] 所述的一种应用于双轮机器人的PID控制器，其特征是角度控制时互补滤波器是 将加速度读出的值经过低通滤波器记为X_acc，陀螺仪读出的角加速度数值积分再通过高 通滤波器记为gyro ? dt。
[0010] 所述的一种应用于双轮机器人的PID控制器，其特征是在互补滤波器里，低通滤 波器作用是让低频信号通过滤出高频浮动，而高通滤波器的作用和它恰好相反。
[0011] 初始化加速度传感器和计数器；
[0012] 采集和处理数据；
[0013] 进行状态判断；
[0014] 从状态判断结果选择修正控制策略；
[0015] 输出数据PID处理；
[0016] 实时姿态调整；
[0017] 重复步骤（2)直到达到最终姿态。
[0018] 本发明还可以包括：
[0019] 1、对速度进行控制时需要单片机设置摩托车运动的理想速度，并通过测量元件 (光栅码盘）测得摩托车运动的真实速度，将两者进行比较得到一个差值，将该差值作为控 制量输入magel6单片机中，单片机根据差值大小产生一个平均电压正比于速度差的PWM 波，将PWM波送入驱动电路中驱动直流电机，电机的转速与速度差的大小成正比，方向与该 差值正负相关。
[0020] 2、角度控制时互补滤波器是将加速度读出的值经过低通滤波器记为X_acc，陀螺 仪读出的角加速度数值积分再通过高通滤波器记为gyro Mt。所以角度值可以通过下式计 算：
[0021] angle=a (angle+gyro ? dt) + (l-a) ? (X_acc)
[0022] 式中a为系数。
[0023] 3、在互补滤波器里，低通滤波器作用是让低频信号通过滤出高频浮动，而高通滤 波器的作用和它恰好相反。对于滤波器来说，设计的关键在于系数a的确定。a可以由下式 计算得出：
[0024] (1-a) X =adt
【主权项】
1. 一种应用于双轮机器人的PID控制器，其组成包括；传感器、计数器、数据采集模块、 控制模块、PID处理模块、姿态调整模块。
2. 根据权利要求1所述的一种应用于双轮机器人的PID控制器，其特征是对速度进行 控制时需要单片机设置摩巧车运动的理想速度，并通过测量元件（光栅码盘）测得摩巧车 运动的真实速度，将两者进行比较得到一个差值，将该差值作为控制量输入magel6单片机 中，单片机根据差值大小产生一个平均电压正比于速度差的PWM波，将PWM波送入驱动电路 中驱动直流电机，电机的转速与速度差的大小成正比，方向与该差值正负相关。
3. 根据权利要求1所述的一种应用于双轮机器人的PID控制器，其特征是角度控制时 互补滤波器是将加速度读出的值经过低通滤波器记为X_acc，巧螺仪读出的角加速度数值 积分再通过高通滤波器记为gyro ?化。
4. 根据权利要求3所述的一种应用于双轮机器人的PID控制器，其特征是在互补滤波 器里，低通滤波器作用是让低频信号通过滤出高频浮动，而高通滤波器的作用和它恰好相 反。
【专利摘要】一种应用于双轮机器人的PID控制器，其组成包括：传感器、计数器、数据采集模块、控制模块、PID处理模块、姿态调整模块。实现系统稳定控制的控制器，其实现方法是：（1）初始化加速度传感器和计数器；（2）采集和处理数据；（3）进行状态判断；（4）从状态判断结果选择修正控制策略；（5）输出数据PID处理；（6）实时姿态调整；（7）重复步骤（2）直到达到最终姿态。
【IPC分类】G05D1-08, H02P7-00
【公开号】CN104682789
【申请号】CN201310625486
【发明人】王滨
【申请人】哈尔滨功成科技创业投资有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年11月28日