自平衡电动车的建模与仿真

基于CRUISE的电动汽车的建模与仿真摘要：动力性与经济性是电动汽车的重要评价指标，本文根据某一款纯电动汽车的基本技术参数和设计要求，先基于理论设计对该车型进行电机和电池的参数匹配，再利用CRUISE软件搭建整车模型，对整车进行动力性与经济性仿真分析。

通过结果分析，证明理论设计参数满足设计要求，验证该方法的可行性，为纯电动汽车进一步设计研究提供理论依据。

0引言电动汽车以电能这一清洁能源为动力来源，零排放，零污染，是汽车行业未来的发展方向。

动力性和经济性是汽车重要的性能指标，合理良好的整车参数匹配方法不仅可以满足车辆的动力性要求，而且可以提高车辆续驶历程，提升车辆经济性能。

使用专业软件CRUISE对汽车进行建模仿真，可以缩短整车开发周期，降低开发成本。

本文以某一款纯电动汽车开发为例，根据纯电动汽车理论设计原理，对整车参数进行匹配计算，并采用CRUISE软件搭建整车模型，对整车动力性、经济性进行仿真研究。

1 参数匹配计算纯电动汽车动力系统参数匹配的主要任务是完成动力系统部件的选型和参数确定，即确定电机、电池以及变速器的型式及其关键特征参数。

本文选取某电动汽车为研究对象，整车参数如表1所示。

根据设计要求，本课题设计的纯电动汽车动力性指标如表2所示: 1.1电机参数匹配驱动电机是纯电动汽车唯一的动力来源，是决定整车动力性与经济性的关键因素之一。

选择一台电动汽车的驱动电机，需要匹配的参数主要有电机的额定功率、最大功率、额定转速、最高转速等。

1.1.1确定电机额定功率与最大功率电机功率通常由电动汽车的最高车速u（）、最大爬坡度和加速时间t这三个动力性能指标决定。

最高车速确定最大功率计算最高车速时，忽略坡度阻力，车辆主要受到滚动阻力和风阻的影响，最大需求功率为式中：为传动系效率（本文取0.9）；为滚动阻力系数；为空气阻力系数；为迎风面积；为最高车速。

汽车以某一速度爬上一定坡度时，最大需求功率为式中。

车辆加速过程中，忽略坡路阻力，所受到的阻力主要包括滚阻、风阻以及加速阻力，加速后期所需功率最大，最大需求功率为式中：为经过加速后汽车速度，为加速时间，为旋转质量换算系数。

基于ADAMS和Matlab自平衡双轮电动车系统的联合仿真李鹏;郝骞;任一峰;陆静逸
【期刊名称】《机床电器》
【年(卷),期】2011(038)004
【摘要】运用虚拟样机技术,可以简化机械产品的设计开发过程,缩短产品的开发周期和降低开发成本,获得最优化和创新的设计产品.为了提高自平衡双轮设计的效率与可靠性,本文建立了基于虚拟样机技术的仿真系统.在ADAMS中建立自平衡双轮的动力学模型,首先以倒立摆数学模型为基础,应用拉格朗日方程构造系统的动力学模型,然后通过ADAMS与Matlab的接口ADAMS/Controls模块,实现自平衡双轮电动车基于ADAMS与Matlab的联合步行仿真.仿真结果表明,基于ADAMS和Matlab的自平衡机器人具有较好的动态性.
【总页数】3页(P56-58)
【作者】李鹏;郝骞;任一峰;陆静逸
【作者单位】中北大学信息与通信工程学院,030051;中北大学信息与通信工程学院,030051;中北大学信息与通信工程学院,030051;中北大学信息与通信工程学院,030051
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.基于ADAMS与MATLAB自平衡双轮车混合模型建模 [J], 杨志刚;田浪;单少华
2.基于ADAMS和Matlab的新型复合式高速转子在线动平衡装置联合仿真 [J], 程峰;王俊元;蒋红琰
3.基于ADAMS和MATLAB的双轮自平衡小车模糊控制仿真 [J], 张强;梁义维
4.基于ADAMS和MATLAB的双轮虚拟倒立摆的控制仿真 [J], 曹志杰;孙汉旭;贾庆轩
5.基于Matlab和Adams的自平衡机器人联合仿真 [J], 徐建柱;刁燕;罗华;高山因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

的细节的影晦，经过这几方面的简化之后，虽然会对分析造成一定的误差，但是误差的范围还是可以接受的。

模型主要包括：车身模型、轮胎模型、路面模型、人－椅模型．一般的车辆都有转向系统模型，本车的转向与一般车辆不同。

主要通过前端的万向轮，而ｊ｝！Ｉ用电机控靠Ｂ后部驱动轮转速实现的。

对于车身模型，我们建立的ＣＡＤ模型有底盘模型、电池模型、电机模型、座椅模型等。

在ｕＧ中单个零件建立完以后，然后再进行装配，装配时按照整车的绝对坐标系来进行，即可完成对于整车几何模型的建立．由于ｕＧ软件和ＡＤＡＭＳ软件拥有共同的ＰＡＲＡＳＯＬＩＤ实体模型内核，将各个零件在ｕＧ中保存为ＰＡＲＡＳＯＬＩＤ格式，很方便的就可以ＲＡＤＡＭＳ软件进行调用．由于在ＵＧ中装配时采用的是绝对坐标系，这样就避免了零件在导，入ＡＤＡＭＳ以后的再装配。

装配好的几何模型如蛩２．２所示图２．２整车装配几何模型啦２．２Ｇｌ煳∞岫ｃ矗ｌｍｏｄｅｌｆｏｒ幽曲ｃｉｃｗｈｅｅｌｃｋｔｉｒ根据各零部件之厨的约束和运动关系，在ＡＩ）Ａ＾毽软件中施加室每束。

在约束建模的时候，有以下几点值得注意：图２．４轮胎刨建对话框Ｆｉｇ２．４Ｔｈｅｄｉａｌｏｇｕｅｂｏｘｏｆｃ删ｎｇｆｉｒｅ２．６随机路面文件的生成２．６．１随机路面不平度的拟合理论通常把路面相对基准平面的高度口，沿道路走向长度Ｉ的变化口（Ｄ，称为路面纵断面曲线或者不平度函数。

路面不平度具有明显的数据不确定性特征，从数学角度而言，称之为随机函数，只能用概率和统计方法去描述。

统计学上，可以用概率公布或者概率密度，高阶统计量，谱函数，系列谱矩阵等进行完整的描述。

路面不平度属于一种重要的工程随机过程—平稳Ｃｒａｕｓｓｉａｎ过程。

工程中另一个重要的合理化假设是认为路面不平度是各态历经的，因此在分析、计算和模拟路面不平度时用其时间样本替代其空间样本．对于遍历的平稳Ｇａｍｓｉａｎ过程的模拟方法相对成熟。

根据随机过程理论，样本函数的Ｆｏｕｒｉｅｒ变换通常不满足积分存在的条件，得不到傅式频谱。

两轮自平衡小车系统制作研究[摘要] 自平衡小车是学习和研究各种控制方法的理想实验平台。

而系统灵敏度是研究参数不确定性对系统性能影响的理论，对两轮自平衡小车进行灵敏度分析是深入研究必须要做的工作。

[关键字] 两轮自平衡小车，系统制作，灵敏度两轮自平衡小车是一个集环境感知，动态决策与规划，行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统，是动力学理论和自动控制理论与技术相结合的研究课题，其关键是解决在完成自身平衡的同时，还能够适应各种环境下的控制任务。

利用外加的红外传感器、速度传感器、倾角传感器、防碰撞开关等，来实现小车的自主避障、跟踪、路径规划等复杂功能。

一、两轮自平衡小车的工作原理当未做控制时，不论车身向前倾斜或者向后倾斜，左右轮都处于静止状态，也就是说车身前后摆动与车轮转动是相互独立的。

当开始控制时，车身在竖直站立的状态下释放，小车有静止、前进、后退三种运动的方式，在正确的控制策略下，小车能够保持自身的平衡。

这三种运动方式与控制策略如下所述：（1）静止：如果车身重心位于电机轴心线的正上方，则小车将保持平衡静止状态，不需要做任何控制。

（2）前倾：如果车身重心靠前，车身会向前倾斜，则驱动车轮向前滚动，以保持小车平衡。

（3）后退：如果车身重心靠后，车身会向后倾斜，则驱动车轮向后滚动，以保持小车平衡。

因此，两轮自平衡小车平衡控制的基本思想是：通过测量，得知车身与垂线的之间的相对角度及角速度，控制电机转动的方向以及输出力矩的大小，以此来保持小车自身的动态平衡[1]。

二、两轮自平衡小车系统的模型与分析1.小车的物理模型为了方便两轮自平衡小车系统的建模，将其物理结构简化，小车可绕x轴在yoz平面旋转也可在xoy平面中沿着任意方向平移和旋转。

为简化计算，假设驱动电机转子转轴与两轮圆心的连线完全重合，电机安装于可俯仰运动的小车车体上，但除了驱动电机外，不会对机器人的运动产生其他任何作用。

系统建模时以机器人的俯仰角和机器人的位置p（x，y）为系统输入量，以两个驱动电机的输出力矩为系统输出量，不考虑减速齿轮的配合误差及轴承的摩擦的影响。

两轮平衡车建模与系统设计的开题报告
一、选题背景
随着技术的不断发展，越来越多新型的运动方式开始普及，其中，
两轮平衡车逐渐成为了时尚休闲运动的代表。

而二十一世纪初，随着马
达电动机和陀螺仪等技术的成熟，两轮平衡车得以实现电动化，从而吸
引了更多人的关注。

但是目前，两轮平衡车市场存在着诸多问题，如车
身稳定性、动力系统的优化、安全性等方面，这些问题都需要通过建模
与系统设计加以解决。

二、研究意义
本次研究旨在建立两轮平衡车的动力学模型和控制模型，通过仿真
的方式对两轮平衡车进行控制策略的评估，并提出制约两轮平衡车系统
稳定性和控制性能的因素，从而为两轮平衡车的设计与控制提供必要的
理论基础和技术支持。

三、研究内容
本次研究主要内容包括以下三个方面：
1. 两轮平衡车的动力学建模
2. 控制系统的设计与实现
3. 仿真验证与性能评估
四、研究方法
1. 建立两轮平衡车的动力学模型，包括运动学模型和动力学模型。

2. 设计控制策略，包括PD控制策略、LQR控制策略等。

3. 建立基于MATLAB/Simulink的仿真模型，对两轮平衡车进行模拟。

4. 通过仿真模型验证控制策略的有效性，并对控制性能进行评估。

五、预期目标
本次研究的预期目标为，建立较为准确的两轮平衡车动力学模型和控制模型，实现控制策略的设计与实现，通过仿真验证控制策略的有效性，并提出优化建议。

期望该研究的成果能够为两轮平衡车的设计与控制提供理论依据和技术支持。

两轮自平衡机器人的动力学模型的分析与建立作者：顾鹏程李冰陈静来源：《电脑知识与技术》2016年第07期摘要：根据两轮自平衡机器人设计原理，利用经典牛顿力学分析，建立两轮自平衡机器人的动力学模型，在Matlab中计算并验证，为后续的控制器的研究提供了基础保证。

关键词：两轮自平衡机器人；牛顿力学分析；动力学模型中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）07-0232-02Analysis and Establishment of Two-wheeled Self-balancing Robot Dynamic ModelGU Peng-cheng，LI Bing， CHENG Jing（College of Information Technology Engineering， Tianjin University of Technology and Education， Tianjin 300222， China）Abstract：According to the design of two two-wheeled self-balancing robot， used the method of Newton's classical mechanics. The dynamic model of two-wheeled self-balancing robot was established. Calculated and verified in Matlab. The research provides the foundation for subsequent controllers.Key words：two two-wheeled self-balancing robot； Newton's classical mechanics； dynamic model1 概述两轮自平衡自机器人拥有极强的灵活性，便捷性，一直受到国内外机器人领域的研究的高度重视。

文章编号：2095－6835（2018）20－0054－04基于ADAMS与MATLAB的自平衡车系统控制仿真＊戴伟1，陈峰1，张玉芳2（1.南通大学，江苏南通226019；2.无锡职业技术学院，江苏无锡214121）摘要：双轮自平衡车的自主平衡动态过程是一个复杂的非线性过程，定量观察比较困难，利用ADAMS和MATLAB构建的联合仿真研究可以较好地解决这一问题。

通过SoildWorks搭建系统机械3D模型，将其导入ADAMS建立出虚拟样机系统；在MATLAB/Simulink中利用模块化结构构造出车辆平衡控制器；通过软件之间的调用，就可以实现虚拟的机械力学系统与控制系统之间的信息交互，动态模拟出车辆平衡过程。

仿真结果表明，设计出的控制律能实现车辆自主平衡，并可以直观显示动态过程，为后续优化系统设计提供有力依据。

关键词：两轮平衡车；MATLAB/Simulink；ADAMS；动力学仿真中图分类号：V414文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2018.20.0541概述机电一体化系统往往都离不开机械系统和控制系统两大核心。

传统上把这2个系统进行分开设计，构建各自的实物系统，然后进行调试。

一旦出现问题，往往需要修改设备硬件结构，费时费力。

为了解决这个问题，现代机电系统设计中引入了虚拟样机技术，比如美国Mechanical Dynamics公司的ADAMS通用机械系统动力学仿真软件[1]，德国INTEC Gmbh公司开发的SIMPACK多体动力学分析软件包软件[2]等，其中ADAMS 的应用最广泛。

利用这类软件，可以将物理机械系统在计算机中以三维模型方式虚拟构建，并加以相应运动约束，使其尽量接近实物系统，即所谓的“虚拟样机”。

在产品研发过程中采用虚拟样机技术，可在制造物理样机前进行虚拟测试以发现设计缺陷，并直接进行修改，不仅缩减研发周期，更大幅降低研发成本。

在此基础上，还可以结合MATLAB/Simulink开发控制模块，以共用虚拟模型的方式，实现虚拟机械与虚拟控制系统之间的交互设计仿真，将力学原理与控制理论有机结合，为解决机械系统的控制问题提供了一条高效的途径。

平衡车模型分析报告1. 引言平衡车作为一种人力控制的交通工具，近年来越来越受到人们的关注。

其独特的设计和功能使得它成为了许多人的选择。

本报告旨在对平衡车的模型进行分析，探讨其原理和机制，并提供相关的模型分析结果。

2. 平衡车的原理和机制平衡车的原理和机制基于倒立摆的控制理论。

倒立摆是一个具有两个自由度的非线性动力学系统，通过控制系统使得摆杆保持竖直状态。

平衡车可以在两个轮子上实现这种倒立摆的稳定。

平衡车的控制系统通常由以下几个组成部分组成：2.1 传感器系统传感器系统用于感知平衡车的姿态和环境信息。

常见的传感器包括陀螺仪、加速度计和磁力计。

陀螺仪用于测量平衡车的角速度，加速度计用于测量平衡车的加速度，磁力计用于测量平衡车的方向。

2.2 控制算法控制算法是平衡车实现倒立摆稳定的关键。

常见的控制算法包括PID控制器和模糊控制器。

PID控制器通过调节控制器的比例、积分和微分系数来实现控制。

模糊控制器通过模糊推理和模糊规则来实现控制。

2.3 电机系统电机系统用于控制平衡车的速度和方向。

通常使用直流有刷或无刷电机作为平衡车的驱动电机。

电机系统通过调节电机的电流来实现对平衡车的控制。

3. 模型分析结果我们基于上述原理和机制对平衡车进行了建模和分析，得出以下模型分析结果：3.1 平衡车的动力学模型平衡车可以用一个二自由度倒立摆模型来描述其动力学行为。

该模型由两个非线性微分方程组成，描述了平衡车在不同时间和位置的姿态和速度。

3.2 平衡车的控制算法我们针对平衡车的控制系统设计了一个PID控制器算法。

该算法通过测量平衡车的姿态和速度，并通过调节控制器的参数来实现对平衡车的稳定控制。

3.3 平衡车的性能分析我们对平衡车的性能进行了分析，包括其稳定性、响应速度和能耗。

通过模拟实验和仿真分析，我们得出了平衡车在不同工况下的性能指标。

4. 结论通过对平衡车模型的分析，我们深入理解了平衡车的原理和机制。

我们设计了一个PID控制器算法，并对平衡车的性能进行了评估。

平衡小车前言两轮自平衡小车是集成机械、电子、通信、自动化、嵌入式等技术于一体的小型智能机器人，涉及到传感器的驱动，数据的处理，角度的计算，电机的控制等，内容比较丰富。

原理篇一．任务分解假设维持车模直立、运行的动力都来自于车模的两个车轮。

车轮转动由两个直流电机驱动。

因此从控制角度来看，车模作为一个控制对象，它的控制输入量是两个电极的转动速度。

车模运动控制任务可以分解成以下三个基本控制任务：（1）控制车模平衡：通过控制两个电机正反向运动保持车模直立平衡状态；（2）控制车模速度：通过调节车模的倾角来实现车模速度控制，实际上最后还是演变成通过控制电机的转速来实现车轮速度的控制。

（3）控制车模方向：通过控制两个电机之间的转动差速实现车模转向控制。

车模直立和方向控制任务都是直接通过控制车模两个后轮驱动电机完成的。

假设车模电机可以虚拟地拆解成两个不同功能的驱动电机，它们同轴相连，分别控制车模的直立平衡、左右方向。

在实际控制中，是将控制车模直立和方向的控制信号叠加在一起加载电机上，只要电机处于线性状态就可以同时完成上面两个任务。

车模的速度是通过调节车模倾角来完成的。

车模不同的倾角会引起车模的加减速，从而达到对于速度的控制。

三个分解后的任务各自独立进行控制。

由于最终都是对同一个控制对象（车模的电机）进行控制，所以它们之间存在着耦合。

为了方便分析，在分析其中之一时假设其它控制对象都已经达到稳定。

比如在速度控制时，需要车模已经能够保持直立控制；在方向控制的时候，需要车模能够保持平衡和速度恒定；同样，在车模平衡控制时，也需要速度和方向控制也已经达到平稳。

这三个任务中保持车模平衡是关键。

由于车模同时受到三种控制的影响，从车模平衡控制的角度来看，其它两个控制就成为它的干扰。

因此对车模速度、方向的控制应该保持平滑，以减少对于平衡控制的干扰。

以速度调节为例，需要通过改变车模平衡控制中车模倾角设定值，从而改变车模实际倾斜角度。

为了避免影响车模平衡控制，这个车模倾角的改变需要非常缓慢的进行。

不倒式平衡电动车模型设计【摘要】本文介绍了不倒式平衡电动车模型设计的相关内容。

在引言中，我们首先讨论了研究背景，说明了该领域的研究现状和存在的问题。

接着，我们阐明了研究意义，指出了不倒式平衡电动车在未来交通工具中的重要性。

正文部分包括电动车平衡系统设计、传感器与控制系统设计、电动车结构设计、自动平衡算法设计和模型仿真与测试。

结论部分对不倒式平衡电动车模型设计的可行性进行了分析，同时展望了未来的研究方向。

通过本文的介绍和分析，读者可以深入了解不倒式平衡电动车模型设计的相关技术和理论，为该领域的研究和发展提供有益参考。

【关键词】不倒式平衡电动车模型设计，电动车，平衡系统，传感器，控制系统，结构设计，自动平衡算法，模型仿真，测试，可行性分析，未来研究方向1. 引言1.1 研究背景随着人们对绿色出行需求的增加，电动车已经成为了现代城市交通工具中的重要组成部分。

传统的电动车在停车和操控过程中存在一些困难，例如转弯时容易倾斜。

针对这一问题，不倒式平衡电动车模型设计应运而生。

不倒式平衡电动车是一种通过自动平衡算法实现自动调节车身平衡的电动车，可以有效解决传统电动车平衡性差的问题。

其设计理念源于倒立摆控制理论，通过传感器和控制系统实时监测车身姿态，并采取相应措施维持平衡。

在不倒式平衡电动车模型设计中，平衡系统设计、传感器与控制系统设计、车身结构设计、自动平衡算法设计以及模型仿真与测试等方面都起着至关重要的作用。

只有这些方面协调配合，才能打造出稳定、高效的不倒式平衡电动车模型。

研究不倒式平衡电动车模型设计具有重要的意义，不仅可以提高电动车的行驶稳定性和安全性，同时也可以为未来发展更智能、更智能的交通工具奠定基础。

1.2 研究意义不倒式平衡电动车模型设计在现代社会中具有重要的意义。

这种新型电动车的设计不仅提高了出行的便利性，还可以有效减少交通拥堵和空气污染问题，符合可持续发展的理念。

通过研究不倒式平衡电动车的模型设计，可以推动智能交通系统的发展，促进科技创新，提升国家在科技领域的竞争力。

不倒式平衡电动车模型设计
不倒式平衡电动车是一种新型的个人交通工具，具有高度的稳定性和灵活性。

在设计
不倒式平衡电动车模型时，需要考虑以下几个方面：
1. 结构设计：不倒式平衡电动车由车身、车轮和控制系统组成。

车身应采用轻量化
材料，同时具有足够的强度和刚度。

车轮可以选择气胎或者固体胎。

控制系统由陀螺仪、
加速度计和电机驱动系统组成，其中陀螺仪和加速度计用于检测车身的倾斜角度和加速度，电机驱动系统根据检测到的倾斜角度和加速度进行调整。

2. 动力系统：不倒式平衡电动车的动力系统由电机和电池组成。

电机可以选择直流
无刷电机或者交流电机，电池可以选择锂电池或者聚合物锂电池。

动力系统需要提供足够
的功率和续航里程，同时尽量减小体积和重量。

3. 控制算法：不倒式平衡电动车的控制算法主要包括倾斜角度控制和速度控制两部分。

倾斜角度控制通过调整电机的转速来保持车身的平衡，速度控制通过调整电机的输出
功率来控制车辆的速度。

控制算法需要考虑车身的倾斜角度、加速度和转向等因素，并做
出相应的调整。

4. 安全性设计：不倒式平衡电动车在设计时需要考虑安全性问题，例如在车身上增
加防护装置，提供紧急停车按钮等。

同时应加强电池组的防护设计，避免电池短路或着火
的情况发生。

5. 用户体验设计：不倒式平衡电动车的用户体验也是一个重要的考虑因素。

例如可
以增加蓝牙连接功能，与智能手机进行连接，提供数据记录和控制调整功能。

同时还可以
增加车辆灯光系统，提供夜间行驶的便利性。

基于自抗扰控制的两轮自平衡车控制系统仿真研究宋寅卯;王蓬;曹卫锋【摘要】为解决两轮自平衡车因不同用户身高体重的差异造成系统模型不准确而带来控制器对系统控制稳定性能差的问题,将自抗扰控制技术运用到两轮自平衡车运动平衡控制中.首先采用拉格朗日方法建立两轮自平衡车动力学模型,然后针对系统的特性推导出实现两轮平衡车自平衡控制的自抗扰控制器控制律.最后,搭建两轮自平衡车控制系统的Simulink仿真平台,分别采用线性自抗扰控制和经典自抗扰控制方法进行了试验比较.试验结果表明:与经典自抗扰控制器相比,新的自抗扰控制器能够较好地适应身高体重变化的环境,较好地自主达到稳定运行状态.%In order to solve the problem that the stability of two-wheeled self-balancing vehicles is poor because of different height and weight between different controllers so that the system model is not accurate, the active disturbance rejection control (ADRC) algorithm is applied to two-wheeled self-balancing vehicle movement balance control.First of all, two-wheeled self-balancing vehicle dynamics model is established with the Lagrange algorithm.Then the control law of the active disturbances rejection controller is derived from the characteristics of the system achieving two-wheeled balancing vehicle balance.Finally, the Simulink simulation platform of two-wheeled self-balancing vehicle control system is built and the classical auto-disturbance rejection control and the active disturbance rejection control methods adopted are compared.The application results show that compared with the classical auto-disturbance rejectioncontroller, the ADRC could better adapt the height and weight changing environment, which can reach independently a steady running state.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2017(036)010【总页数】4页(P11-14)【关键词】自平衡车;模型不准确;自抗扰控制;Simulink仿真平台【作者】宋寅卯;王蓬;曹卫锋【作者单位】郑州轻工业学院电气信息工程学院,河南郑州 450002;郑州轻工业学院电气信息工程学院,河南郑州 450002;郑州轻工业学院电气信息工程学院,河南郑州 450002【正文语种】中文【中图分类】TP368.1两轮自平衡车具有占地面积小、运动灵活和绿色环保节能等特点，可以在多种环境下获得应用，既可在拥堵狭窄的道路作为交通工具，也可以在大型商场或广场作为巡逻车等。

两轮自平衡小车的建模与控制李杨;战艺;周晓明;袁辉【摘要】两轮自平衡小车利用状态反馈法和串级PID控制实现其原地直立.对两轮自平衡车进行建模,通过测量两轮小车的实际物理参数,根据动力学、电气关系建立系统的数学模型,运用设计控制算法来对两轮小车实施控制并通过MATLAB来仿真控制效果.仿真和实验结果表明:基于状态空间表达式的控制器比基于传递函数的控制器有更好的控制效果和鲁棒性.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2016(000)008【总页数】4页(P27-30)【关键词】自平衡小车;控制;仿真【作者】李杨;战艺;周晓明;袁辉【作者单位】广西大学机械工程学院,广西南宁530004;广西大学机械工程学院,广西南宁530004;广西大学电气工程学院,广西南宁530004;深圳爱啃萝卜机器人技术有限公司,广东深圳518000【正文语种】中文【中图分类】TP13两轮自平衡车自身是个开环不稳定系统，具有状态变量多、系统模型非线性、变量间强耦合等特点［1］。

其控制方法主要有常规PID控制、自适应控制、模糊控制等［2］。

本文通过经典控制理论和现代控制理论的知识实现对两轮小车的控制，建立数学模型，确定其系统模型，采用串级PID控制，在MATLAB上仿真编写控制程序，并在实物模型上验证，通过验证，确定基于状态空间表达式的控制器比基于传递函数的控制器具有更好的控制效果和鲁棒性［3］。

两轮自平衡小车的抽象模型如图1所示，小车整体由轮子和车体两部分构成，其中车体由轮轴和摆杆组成。

建立空间坐标系，α为摆杆与z轴夹角，β为轮轴与y 轴夹角，即轮轴的初始位置与y轴重合，左轮指向右轮的方向为y轴的正向。

摆杆倾斜时在地平面上的垂直投影与x轴重合，x轴的正向与摆杆倾斜的方向相同。

轮轴的中点即空间坐标系的原点O，竖直向上为z轴的正方向［4］。

由图1建立自平衡小车的表达式：如图2、3分别为轮子和摆杆的受力分析图。

其中，θr分别为左右轮旋转角度，xo为转轴中点水平位移，zpxl为车身质心的竖直位移，L为摆杆质心到端点的长度，R为轮子半径，D轮轴长度，Hr分别为左、右轮水平作用力，Pr为左、右轮竖直作用力，fr为左、右轮摩擦力，Vr、Vl分别为左右轮电压。

不倒式平衡电动车模型设计【摘要】这篇文章旨在探讨不倒式平衡电动车模型设计。

在引言部分中，将介绍研究背景和研究意义。

设计原理部分将详细讨论不倒式平衡车的工作原理，电路设计将解释电动车的电路组成和功能，控制系统设计将涵盖控制算法和传感器应用。

结构设计部分将描述平衡车的外观和内部结构设计，性能测试将评估车辆在各种条件下的表现。

在将总结该设计的优势和不足，并展望未来的发展方向。

这篇文章将系统性地展示不倒式平衡电动车模型设计的研究成果和应用前景。

【关键词】不倒式平衡电动车模型设计、引言、研究背景、研究意义、设计原理、电路设计、控制系统设计、结构设计、性能测试、总结、展望。

1. 引言1.1 研究背景研究背景：在当前社会中，随着科技的不断发展和人们生活水平的提高，电动车成为了人们出行首选的交通工具之一。

传统的电动车在行驶过程中存在一定的不稳定性，容易发生侧倾和倒下的情况，给骑行者带来了安全隐患和不便。

研究一种不倒式平衡电动车模型设计具有重要意义。

目前市场上已经有一些不倒式平衡电动车产品推出，但大多存在着各种问题，如性能不稳定、结构复杂等。

有必要进行对不倒式平衡电动车模型的设计进行深入研究，以解决这些问题，进一步提升电动车的安全性和稳定性。

通过对不倒式平衡电动车模型设计的研究，我们可以有效提高电动车的性能表现，增强其稳定性和安全性，提升用户的使用体验，促进电动车产业的健康发展。

开展这项研究对于推动电动车行业的发展具有积极的意义。

1.2 研究意义不倒式平衡电动车模型设计的研究意义在于提高人们对于平衡车技术的认识和理解，促进电动车行业的发展和创新。

通过研究这一领域，可以深入探讨电动车技术在平衡控制方面的应用，为实现更安全、更稳定的电动车行驶提供技术支持和解决方案。

不倒式平衡电动车模型设计是一项涉及多学科的综合性研究，需要结合机械工程、电子工程、控制工程等多方面的专业知识。

通过这一研究，可以促进不同学科之间的交流与合作，推动相关领域的技术发展和创新。