一種應(yīng)用于雙輪機(jī)器人的pid 控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種控制器，特別涉及一種在雙輪微型摩托車應(yīng)用的PID控制 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙輪機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)平衡控制問(wèn)題，是機(jī)器人學(xué)和機(jī)器人技術(shù)研究的重要問(wèn)題，同 時(shí)也是控制科學(xué)研究的重要問(wèn)題。就運(yùn)動(dòng)平衡控制問(wèn)題而言，雙輪機(jī)器人類似于倒立擺。實(shí) 際上，從某種意義上說(shuō)，倒立擺是雙輪機(jī)器人的前身，雙輪機(jī)器人的基本思想和基本原理源 于倒立擺。關(guān)于倒立擺的研究多年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究已經(jīng)非常成熟，其文獻(xiàn)也相當(dāng)多，然而更 重要的是如何將倒立擺有效地應(yīng)用在移動(dòng)機(jī)器人上。近年來(lái)，雙輪自平衡機(jī)器人引起國(guó)外 許多研究機(jī)構(gòu)的機(jī)器人愛好者極大關(guān)注，各種基于不同目的、不同設(shè)計(jì)方案和控制策略的 自平衡系統(tǒng)相繼誕生。
[0003] 在這種應(yīng)用背景下的雙輪微型摩托車應(yīng)運(yùn)而生。雙輪微型摩托車實(shí)際上是一個(gè)單 軸的倒立擺系統(tǒng)，在其擺軸的方向上，系統(tǒng)的速度和加速度不恒為零。該系統(tǒng)利用傳感器技 術(shù)和模糊控制原理實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)并保證其穩(wěn)定性和動(dòng)作的準(zhǔn)確性。雙輪微型摩 托車作為一款能夠自我平衡并在無(wú)人操作條件下完成的智能摩托車，增強(qiáng)了科技競(jìng)技的技 術(shù)性和娛樂性，并滿足了日新月異的科創(chuàng)需求，為用戶提供了一個(gè)綜合試驗(yàn)平臺(tái)。
[0004] 雙輪機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)平衡控制問(wèn)題，是機(jī)器人學(xué)和機(jī)器人技術(shù)研究的重要問(wèn)題，同 時(shí)也是控制科學(xué)研究的重要問(wèn)題。就運(yùn)動(dòng)平衡控制問(wèn)題而言，雙輪機(jī)器人類似于倒立擺。實(shí) 際上，從某種意義上說(shuō)，倒立擺是雙輪機(jī)器人的前身，雙輪機(jī)器人的基本思想和基本原理源 于倒立擺。倒立擺的相關(guān)研究在多年來(lái)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)非常成熟，其文獻(xiàn)也相當(dāng)多，然而更重 要的是如何將倒立擺有效地應(yīng)用在移動(dòng)機(jī)器人上。近年來(lái)，雙輪自平衡車引起了許多科研 機(jī)構(gòu)和機(jī)器人愛好者的廣泛關(guān)注，許多根據(jù)不同目的、采用不同設(shè)計(jì)方案和控制策略的自 平衡機(jī)器人相繼誕生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種高效改善對(duì)雙輪移動(dòng)機(jī)器人的電機(jī)的控制效果，實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)穩(wěn)定控制的控制器。
[0006] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種應(yīng)用于雙輪機(jī)器人的PID控制器，其組成包括：傳感器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)采集模 塊、控制模塊、PID處理模塊、姿態(tài)調(diào)整模塊。
[0008] 所述的一種應(yīng)用于雙輪機(jī)器人的PID控制器，其特征是對(duì)速度進(jìn)行控制時(shí)需要單 片機(jī)設(shè)置摩托車運(yùn)動(dòng)的理想速度，并通過(guò)測(cè)量元件（光柵碼盤）測(cè)得摩托車運(yùn)動(dòng)的真實(shí)速 度，將兩者進(jìn)行比較得到一個(gè)差值，將該差值作為控制量輸入magel6單片機(jī)中，單片機(jī)根 據(jù)差值大小產(chǎn)生一個(gè)平均電壓正比于速度差的PWM波，將PWM波送入驅(qū)動(dòng)電路中驅(qū)動(dòng)直流 電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與速度差的大小成正比，方向與該差值正負(fù)相關(guān)。
[0009] 所述的一種應(yīng)用于雙輪機(jī)器人的PID控制器，其特征是角度控制時(shí)互補(bǔ)濾波器是 將加速度讀出的值經(jīng)過(guò)低通濾波器記為X_acc，陀螺儀讀出的角加速度數(shù)值積分再通過(guò)高 通濾波器記為gyro ? dt。
[0010] 所述的一種應(yīng)用于雙輪機(jī)器人的PID控制器，其特征是在互補(bǔ)濾波器里，低通濾 波器作用是讓低頻信號(hào)通過(guò)濾出高頻浮動(dòng)，而高通濾波器的作用和它恰好相反。
[0011] 初始化加速度傳感器和計(jì)數(shù)器；
[0012] 采集和處理數(shù)據(jù)；
[0013] 進(jìn)行狀態(tài)判斷；
[0014] 從狀態(tài)判斷結(jié)果選擇修正控制策略；
[0015] 輸出數(shù)據(jù)PID處理；
[0016] 實(shí)時(shí)姿態(tài)調(diào)整；
[0017] 重復(fù)步驟（2)直到達(dá)到最終姿態(tài)。
[0018] 本發(fā)明還可以包括：
[0019] 1、對(duì)速度進(jìn)行控制時(shí)需要單片機(jī)設(shè)置摩托車運(yùn)動(dòng)的理想速度，并通過(guò)測(cè)量元件 (光柵碼盤）測(cè)得摩托車運(yùn)動(dòng)的真實(shí)速度，將兩者進(jìn)行比較得到一個(gè)差值，將該差值作為控 制量輸入magel6單片機(jī)中，單片機(jī)根據(jù)差值大小產(chǎn)生一個(gè)平均電壓正比于速度差的PWM 波，將PWM波送入驅(qū)動(dòng)電路中驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與速度差的大小成正比，方向與該 差值正負(fù)相關(guān)。
[0020] 2、角度控制時(shí)互補(bǔ)濾波器是將加速度讀出的值經(jīng)過(guò)低通濾波器記為X_acc，陀螺 儀讀出的角加速度數(shù)值積分再通過(guò)高通濾波器記為gyro Mt。所以角度值可以通過(guò)下式計(jì) 算：
[0021] angle=a (angle+gyro ? dt) + (l-a) ? (X_acc)
[0022] 式中a為系數(shù)。
[0023] 3、在互補(bǔ)濾波器里，低通濾波器作用是讓低頻信號(hào)通過(guò)濾出高頻浮動(dòng)，而高通濾 波器的作用和它恰好相反。對(duì)于濾波器來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于系數(shù)a的確定。a可以由下式 計(jì)算得出：
[0024] (1-a) X =adt
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種應(yīng)用于雙輪機(jī)器人的PID控制器，其組成包括；傳感器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)采集模塊、 控制模塊、PID處理模塊、姿態(tài)調(diào)整模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于雙輪機(jī)器人的PID控制器，其特征是對(duì)速度進(jìn)行 控制時(shí)需要單片機(jī)設(shè)置摩巧車運(yùn)動(dòng)的理想速度，并通過(guò)測(cè)量元件（光柵碼盤）測(cè)得摩巧車 運(yùn)動(dòng)的真實(shí)速度，將兩者進(jìn)行比較得到一個(gè)差值，將該差值作為控制量輸入magel6單片機(jī) 中，單片機(jī)根據(jù)差值大小產(chǎn)生一個(gè)平均電壓正比于速度差的PWM波，將PWM波送入驅(qū)動(dòng)電路 中驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與速度差的大小成正比，方向與該差值正負(fù)相關(guān)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于雙輪機(jī)器人的PID控制器，其特征是角度控制時(shí) 互補(bǔ)濾波器是將加速度讀出的值經(jīng)過(guò)低通濾波器記為X_acc，巧螺儀讀出的角加速度數(shù)值 積分再通過(guò)高通濾波器記為gyro ?化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種應(yīng)用于雙輪機(jī)器人的PID控制器，其特征是在互補(bǔ)濾波 器里，低通濾波器作用是讓低頻信號(hào)通過(guò)濾出高頻浮動(dòng)，而高通濾波器的作用和它恰好相 反。
【專利摘要】一種應(yīng)用于雙輪機(jī)器人的PID控制器，其組成包括：傳感器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、PID處理模塊、姿態(tài)調(diào)整模塊。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定控制的控制器，其實(shí)現(xiàn)方法是：（1）初始化加速度傳感器和計(jì)數(shù)器；（2）采集和處理數(shù)據(jù)；（3）進(jìn)行狀態(tài)判斷；（4）從狀態(tài)判斷結(jié)果選擇修正控制策略；（5）輸出數(shù)據(jù)PID處理；（6）實(shí)時(shí)姿態(tài)調(diào)整；（7）重復(fù)步驟（2）直到達(dá)到最終姿態(tài)。
【IPC分類】G05D1-08, H02P7-00
【公開號(hào)】CN104682789
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310625486
【發(fā)明人】王濱
【申請(qǐng)人】哈爾濱功成科技創(chuàng)業(yè)投資有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2013年11月28日