STM32微控制器驱动的自平衡小车控制系统研究.docx

STM32微控制器驱动的自平衡小车控制系统研究

目录

内容综述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

1.1研究背景与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

1.2国内外研究现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

1.3研究内容与目标．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

1.4论文结构安排．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

自平衡小车系统总体设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

2.1系统功能需求分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

2.2系统总体架构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

2.3硬件平台选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

2.4软件设计方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

自平衡小车硬件系统设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

3.1主控单元设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

3.2传感器模块设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19

3.2.1激光陀螺仪．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

3.2.2压力传感器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

3.3执行机构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24

3.3.1电机选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25

3.3.2电机驱动模块设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26

3.4电源管理模块设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28

3.4.1电池选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29

3.4.2电源转换电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30

3.5系统整体电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32

自平衡小车控制算法研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34

4.1自平衡原理分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35

4.2传统PID控制算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37

4.2.1PID控制原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38

4.2.2PID参数整定方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38

4.3改进PID控制算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40

4.3.1比例积分微分积分(PIDPI)控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41

4.3.2模糊PID控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42

4.4其他控制算法研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45

4.4.1神经网络控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46

4.4.2卡尔曼滤波．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．47

自平衡小车软件系统设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．49

5.1软件开发平台搭建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50

5.2主程序流程设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51

5.3传感器数据采集模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．