双轮自平衡小车基于倒立摆原理设计而成,它是验证控制理论非常实用的实验载体。目前在高校中PID参数验证平台以倒立摆为主,教学实验设备体积较大、成本昂贵。我的研究课题为基于双轮自平衡小车的PID参数验证平台的设计。本文主要做了如下研究工作：1.双轮自平衡小车PID参数验证平台由双轮自平衡小车实体和参数调节器两部分构成。双轮自平衡小车由主控制器GD32F103RET6、陀螺仪、加速度计和L298N全桥驱动器等部分组成；参数调节器由主控制器STC12C5A60S2.无线收发模块NRF24L01和液晶OLED 12864等部分构成。2.对系统进行了算法研究和验证,双轮自平衡小车的直立、行进、转向三种状态对应三种运动学模型和控制模型,需要不同的控制方式和控制策略,调试出适应各个状态最优PID参数。3.双轮自平衡小车和参数调节器的实物设计。利用实验室的资源,绘制并制作了平衡小车的主控板,参数调节板,电机驱动板等电路。利用亚格力板搭建的双轮自平衡小车平台并进行其它模块组装、电源的适配等工作。设计结果表明：该参数验证平台首先通过姿态传感器MPU6500内部集成的陀螺仪和加速度计获得其在非惯性坐标系下的垂直角度值,通过中值滤波、均值滤波等方式对信号进行滤波,通过卡尔曼算法将陀螺仪、加速度计分别得到角度值进行角度融合,形成角度平衡闭环。使用定时器计时在固定时间间隔内,采集编码器的脉冲个数并计数,达到测速的效果,形成速度的一路闭环。然后利用PID算法改变直流电机PWM的占空比实时补偿改变的角度实现双轮小车姿态的自稳定。平台可以很好的验证PID各个参数在整个控制环节中的作用。双轮自平衡小车的PID参数验证平台具有结构简单、携带便捷、小型化、智能化、系统运行可靠,调整速度快等特点。教师在课上可以利用此平台将PID控制理论与教学实践相结合。
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