2013.5.10_4直立车速度控制原理

直立车控制，我之初见海南大学越努力越幸运前言首先我想说仅凭华南赛区一等奖的成绩是完全不应该大言不惭的写这些东西，但是又想和大家分享我做直立车一年的经验，其一算是自己对直立车看法的一些总结，再者也是希望能给以后入门车友们一些建议，让他们尽量少走弯路，所以还是决定写点东西。

然而，从执笔到停笔，不经意洋洋洒洒写了一万多字，庆幸的是整篇文章并不是我一人的片面之言，而是综合了颇多获得国特、国一和其他有想法有见解的车友的对直立车的认识与看法，忽略我，此文可谓集大家之成，由此我认为这篇文章是具有一定的参考意义的。

所以希望有心之人能认真阅读。

自认为这是应该算是一篇直立车的入门教程，但由于本人的水平有限，所以肯定有不当之处，因此还请大家海涵，也期待你们能指正并不吝赐教。

同时衷心希望借此机会与大家互相学习、共同进步！最后，十分感谢一路走来车友们对我的帮助与支持以及他们与我真诚地交流，谢谢！换一种思维理解直立车在阅读我后面逐个讲解直立、速度、转向及机械这一大堆废话之前，我想首先用最通俗的言语和你们讨论直立车到底是如何实现直立、跑动以及转向的。

上图是以我的理解画的简化后的直立小车受力分析图，主要由电池、底盘、车轮以及电机组成。

假如我们已经组装了一辆具有机械零位的小车，平衡位置上图所示，也就是这个位置是它能够站起来的状态，如果受外力前倾或者后仰，小车就会倒下。

前倾和后仰都是绕车轴旋转，为什么会旋转？其实就是小车合力矩越过了过车轴并垂直地面的支点线。

简单的理解可以认为前部分弯矩大于后部分弯矩就往前趴；后部分弯矩大于前部分弯矩就向后仰。

我们仔细分析这张图来理解小车是如何稳定的立起来的，这里我就不采用经典的单摆模型去解释了，而是根据上图由系统受力平衡去分析。

我们知道弯矩是力矩的一种，即是力和力臂的乘积，小车有机械零位也就是存在除车轮以外无其他部位接触地面时的平衡位置。

立起来的小车在外界干扰下偏离此位置时，前后力矩由于力臂长度的改变从而不再相等即打破平衡状态，因此若不引入电机的干扰小车就会倒下。

飞思卡尔直立车经验总结1.车模运动任务分解：车模平衡、车模速度、车模方向。

其中，车模的平衡是通过电机的正反向运动实现的；车模的速度是通过控制电机的转速（实质是通过输出不同占空比的PWM波来实现的）；车模的方向控制则是通过电机的转动差速来实现的。

其中，车模的直立控制是关键，车模的速度控制在小车上表现为调节自身车模倾角达到以给定速度运行的目的。

归根结底，车模的三种控制最终都要回归到通过调节PWM波分别控制两个电机的转速来实现。

2.陀螺仪和加速度计的安装问题：两传感器最好安装在车模中心或偏下位置，稍微偏上或偏一侧也可以，偏一侧的话会使方向陀螺仪在左右转向时输出有差异，造成不对称的输出，对于车模的方向调节会有一定的影响。

另外需要注意：陀螺仪输出的模拟电压值很小，一般需要放大10倍左右，而加速度计的输出相对陀螺仪而言较大，并且也符合AD转换的模拟电压的范围，无需再放大。

由于购买的陀螺仪和加速度计模块都是厂家集成处理好的，外接的放大电路已经连接好了，故只需买现成的模块使用就行了，无需再自个搭建陀螺仪的外接放大电路了。

3.陀螺仪和加速度计的功能：陀螺仪是用来测量车模的角加速度的，其输出是与车模前倾或后仰的角速度成正比的模拟电压值。

加速度计是用来测量车模倾角的，其输出是与车模倾斜角度成正比的模拟电压值。

注意，两个传感器的输出的模拟电压值都是正值，如果使用12位的AD转换精度，那么它们输出的电压值都在0~4095之间，且都是整数。

4.车模的三种控制之间的关系：由于车模的直立控制是关键，因此，在控制其他两个量时，应尽量减少对车模直立控制的干扰。

三种控制最终都是通过控制车模的两个电机来实现，故它们之间存在着一定的联系。

在分析一种控制时，可以先假设另外两种控制都以达到平衡。

从控制的角度看，车模作为一个控制对象，其控制输入量是两个电机的转动速度。

5.传感器极性问题：传感器安装在车模的前面或后面（在同一面正着按或反着按）时车模前倾或后仰对应的模拟电压值可能会相反，这就是传感器的极性问题。

直立车原理
直立车，作为一种新型的交通工具，近年来备受关注。

它不同于传统的自行车
或者电动车，而是采用了一种全新的设计理念，使得车辆可以在不需要外部支撑的情况下保持直立状态。

那么，直立车的原理是什么呢？
首先，直立车采用了动力学控制系统，通过内置的传感器和电机来实现车辆的
平衡。

这意味着当骑手骑行时，车辆可以感知到身体的倾斜方向，并迅速做出反应，调整车辆的重心，以保持直立状态。

这一点和传统的自行车或者电动车有着明显的区别，它们需要骑手通过自己的力量来保持平衡，而直立车则可以更加智能地完成这一过程。

其次，直立车还采用了先进的悬挂系统和轮胎设计。

这些设计可以有效地减震
和吸收地面的颠簸，提高了车辆的稳定性和舒适性。

在行驶过程中，车辆可以更好地适应各种路况，保持平稳的行驶状态，给骑手带来更好的骑行体验。

除此之外，直立车还利用了高科技材料和轻量化设计，使得整车重量得到了有
效的控制。

这不仅有利于提高车辆的能效和续航里程，还可以减轻骑手的骑行负担，提高了骑行的便利性和舒适性。

总的来说，直立车的原理是基于动力学控制系统、先进的悬挂系统和轮胎设计，以及高科技材料和轻量化设计。

这些因素共同作用，使得直立车可以在不需要外部支撑的情况下保持直立状态，为骑手带来更加智能、稳定和舒适的骑行体验。

在未来，随着科技的不断进步和创新，相信直立车的原理还会不断得到优化和
升级，为人们的出行带来更多的便利和乐趣。

相信不久的将来，直立车将成为人们出行的首选，成为城市交通的一道亮丽风景线。

起重机控制控制原理（中间不可见内容需要把文档下载下来后把字体改为黑色）注：以下内容为通用起重机大车运行机构设计模板，大家只需要往里面代入自己的数据即可。

中间不可见内容需要把文档下载下来后把字体改为黑色才可见！7.1直当主令控制器处在下降自激动力控制挡位时，断开电动机的三相交流电源，给两相定子绕组通入给定的初激电流。

在位能负载的作用下，电动机旋转着的转子，其绕组切割由初激电流所建立的磁场产生电流。

感生电流经三相桥式整流后被送入电动机定子绕组，使励磁电流增大，气隙增大。

增强的磁场又使转子感应电流增大，转子电流与气隙磁场相互作用所产生的制动力矩也相应增大。

当制动力矩与位能负载作用在电动机轴上的力矩相等时，电动机的转子电流送入定子绕组的自激电流及电动机转速及保持不变，电动机的自激动力制动状态下稳定运行。

当改变电动机转子电路的电阻时，会引起转子电流、自激电流和制动转矩的变化，从而引起电动机转速的改变。

电动机必须运行到另一转速，其转子电流、自激电流和制动转矩才重新达到稳定。

因此通过改变电机转子电路的电阻值，能调节电动机的转速，从而达到调速的目的。

（1）主令控制器挡数为4-0-4（2）电阻器为四级可切除电阻和一级常接电阻（3）上升方向主令控制器的各档，电动机均运行在电动运转状态（4）下降方向主令控制器的第一、二、三档为自激动力制动挡，其中第一档为低速挡。

第二、三档为中速挡，第四档为回馈制动挡（高速挡）（5）主令控制器LK第三回路中4SJ延时触点，用于停车时防止溜钩，保证准确制动（6）主令控制器LK第九回路中3SJ延时触点，用于主令控制器从高速挡返回动力制动档时保证电动机必须经自激动力制动中速挡减速后，才能进入低速档运行。

这样可以避免电的和机械方面的过大冲击（7）JCJ为监察继电器。

二极管QZC、10ZL与它配合，用于监视电动机转子桥式整流电路中1ZL-6ZL整流管的好坏。

一旦1ZL-6ZL中有因故而短路的管子，JCJ立即吸合，切断控制电路电源，JCJ还能监视转子电路中可能出现的短路。

直列式变速器工作原理
直列式变速器是一种常见的汽车变速器类型，它通过一系列齿
轮和离合器来实现不同速度的传递。

下面我们来详细介绍一下直列
式变速器的工作原理。

1. 输入轴和输出轴。

直列式变速器有一个输入轴和一个输出轴。

输入轴通常与发动
机连接，输出轴则与车轮连接。

当发动机转动时，输入轴也会转动，从而驱动整个变速器系统。

2. 齿轮组。

直列式变速器内部有一组齿轮，它们的大小和齿数不同。

这些
齿轮通过齿轮轴相互连接，形成一个齿轮组。

当输入轴转动时，齿
轮组会根据不同的齿轮组合来实现不同的传动比。

3. 离合器。

直列式变速器中还包括多个离合器，它们的作用是在需要时将
特定的齿轮与输出轴连接起来，从而实现不同的速度传递。

当离合器脱离时，相应的齿轮与输出轴分离，不再传递动力。

4. 工作原理。

当车辆需要加速或者减速时，变速器会根据车速和发动机转速的需要，通过控制离合器的连接和脱离，来实现不同的齿轮组合。

比如在起步时，变速器会选择一个较低的传动比，以提供更大的扭矩；而在高速行驶时，会选择一个较高的传动比，以提供更高的速度。

总的来说，直列式变速器通过齿轮组和离合器的配合，实现了车辆在不同速度下的传动需求，从而使车辆在各种路况下都能够得到合适的动力输出。

车速工作原理
车速是指车辆在单位时间内所能行驶的距离，一般以公里/小时（km/h）作为单位进行表示。

车速的工作原理主要涉及车辆的动力系统和运动学原理。

首先，车辆的动力系统是决定车速的关键因素之一。

汽车通常由发动机、传动系统和驱动轮组成。

发动机通过燃烧燃料产生动力，并将动力传输给传动系统。

传动系统将发动机的动力转化为驱动轮的转动力矩。

驱动轮与地面之间的摩擦力使车辆能够前进。

其次，运动学原理对车速的影响也不可忽视。

根据牛顿第二定律，力（F）等于物体的质量（m）乘以加速度（a）。

在车辆运动中，驱动轮受到发动机动力和阻力力的作用。

发动机动力推动车辆前进，阻力力则包括空气阻力、滚动阻力和坡度阻力等。

当发动机动力大于阻力力时，车辆会加速；当发动机动力等于阻力力时，车辆会保持恒定速度；当发动机动力小于阻力力时，车辆会减速或停止。

此外，车速还受到行驶路况和驾驶员的操作技巧影响。

行驶路况包括道路的平坦程度、坡度和弯曲程度等。

道路平坦且无障碍物时，车辆往往能够以较高的速度行驶；而道路蜿蜒曲折或有大坡度时，车辆的速度受限制。

驾驶员的操作技巧也会影响车速，例如合理的加速、制动和转向能够提高车辆的行驶效率和安全性。

综上所述，车速的工作原理主要涉及车辆的动力系统、运动学
原理以及行驶路况和驾驶员的操作技巧。

这些因素的相互作用决定了车速的大小。

我利用暑假空闲的时间调直立车，对陀螺仪加速度计有了了解，同时也对直立算法有了些认识。

做此总结。

小车是飞思卡尔的C车模，核心板用的是K60，用陀螺仪加速度计测量角度。

想要小车直立，首先要将角度拟合正确，角度拟合的好了，才能有正确的反馈，以便更好的进行电机控制。

角度拟合用陀螺仪和加速度计来测量。

先介绍下陀螺仪和加速度计：陀螺仪：陀螺仪可以用来测量物体的旋转角速度。

陀螺仪输出的是车模的角速度，不会受到车体运动的影响，因此该信号中噪声很小。

车模的角度又是通过对角速度积分获得的，这可进一步平滑信号，从而使得到的角度信息更加准确。

但是由于从陀螺仪角速度获得角度信息需要经过积分运算，如果角速度信号存在微小的偏差和漂移，经过积分运算后，会使误差积累随着时间延长逐步增加，最终导致电路饱和，无法形成正确的角度信号。

加速度计：加速度传感器可以测量由地球引力作用或者物体运动所产生的加速度，而当加速度计发生倾斜时，其输出信号也会随倾斜角度做同比变化。

只需要测出加速度就可以获得车模的倾角，再对此信号进行微分便可以获得倾角速度。

但在实际车模运行过程中，由于车模本身的摆动所产生的加速度会产生很大的干扰信号，它叠加在上述测量信号上，就会使得输出信号无法准确反映车模的倾角。

为了减少运动引起的干扰，加速度传感器安装的高度越低越好。

但是无法彻底消除车模运动的影响。

总结下来就是：加速度计可以测量小车的倾角，但是加速度计在静态下测量的倾角效果好，而对于动态的小车，测量的结果会有很大的干扰，如图中黄色曲线，毛刺很明显。

所以需要陀螺仪的校准，把陀螺仪和加速度计获取的数据拟合在一起，便得出准确、平滑的角度曲线。

先来看下角度控制的框图：用于拟合角度的函数如下：[plain]view plaincopyprint?1.void AngleCalculate(void)2.{3. GYRO=(-1)*(Adc0_Result-C_GYRO)*R_GYRO;//Asc0_Result为陀螺仪测量值，C_GYRO为陀螺仪零偏，R_GYRO为陀螺仪比例4. ANG_Z=(Adc1_Result-C_Z)*R_Z;//Adc1_Result为加速度计测量值，R_Z为加速度计比例，C_Z为加速度计零偏5. ANG=ANG_I;6. ANG_P=(ANG_Z-ANG)/T_g;7. ANG_I+=(GYRO+ANG_P)*T_i;//T_i用于积分，ANG_P为计算出来的角度补偿量，GYRO影响曲线斜率，ANG_P影响曲线向预定值靠拢的速度。

小车的直立行走平衡控制作者：王梦曦来源：《硅谷》2013年第12期摘要两轮直立行走小车是利用倒立摆的原理，将数字技术，计算机技术，通讯技术等结合为一体来实现。

本文主要介绍以加速度计、陀螺仪控制平衡，转速反馈结合直立控制行走的方案实现其直立行走部分，并在此基础上对小车更加精确的控制提出了更多的设想。

基于该小车功能的实现，加以实现其他要求，丰富其功能性，可以满足日后对直立两轮车的要求以及工业上对此类机器人的需求。

关键词智能车；直立平衡；控制；加速度计；陀螺仪中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）12-0155-01随着科技的日益发展，直立行走也成为机器人及智能车所趋向的行走方式，并逐渐在生活中得到越来越多的应用。

所谓的直立行走，是指在不需要外力的作用下，根据自身传感器返回值来反馈控制输出，最终达到动态直立的状态。

本文是以两轮小车作为载体进行深度研究。

1 直立的行走原理直立状态的两轮小车可以类比于倒立摆模型，控制者常要求小车在启动后可以尽快达到一个平衡位置，并且使之没有大的振荡和过大的角度和偏移。

当小车到达期望的位置后，系统能克服随机扰动而保持稳定的位置。

直立小车系统的输入为小车当前的角度及旋转角速率，计算机在固定的采样周期中采集传感器的信号，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小车的实时控制。

直流电机带动小车在前后的轨道上运动，并以小车的某一点为轴心，使小车能在垂直的平面内绕以衰减振荡的方式绕轴心摆动直到达到平衡位置。

当没有外力作用时，小车处于垂直的稳定的平衡位置（竖直向下）。

当遇到外界干扰时，小车对于企图改变其状态的外力会产生一个反抗力，即使外力过大改变其状态，小车也能在摆脱外力干扰后迅速回到平衡状态。

2 控制模型对于直立行走的小车，采用三部分进行控制，分别是直立控制，速度控制，方向控制。

三个控制部分各司其职，彼此间又相互关联，使三个分别的模块联系起来，共同完成小车直立行走功能的实现。