設(shè)計(jì)智能小車的電磁組直立行車參考方案詳細(xì)說(shuō)明

　　車模直立行走比賽是要求仿照兩輪自平衡電動(dòng)車的行進(jìn)模式，讓車模以兩個(gè)后輪驅(qū)動(dòng)進(jìn)行直立行走。近年來(lái)，兩輪自平衡電動(dòng)車以其行走靈活、便利、節(jié)能等特點(diǎn)得到了很大的發(fā)展。國(guó)內(nèi)外有很多這方面的研究，也有相應(yīng)的產(chǎn)品。在電磁組比賽中，利用了原來(lái)C 型車模雙后輪驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)兩輪自平衡行走。相對(duì)于傳統(tǒng)的四輪行走的車模競(jìng)賽模式，車模直立行走在車體檢測(cè)、控制算法等方面提出了更高的要求。為了能夠幫助參賽同學(xué)盡快制作車模參加比賽，競(jìng)賽秘書處編寫了C 型車模直立行走的參考設(shè)計(jì)方案。參賽隊(duì)員可以在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改進(jìn)硬件和軟件方案，提高競(jìng)賽水平。

　　為了適應(yīng)初學(xué)者，方案介紹過(guò)程中，盡可能減少公式推導(dǎo)，使用通俗科學(xué)的語(yǔ)言介紹控制原理和方法，給出C 型車模制作過(guò)程中的核心環(huán)節(jié)。本文的主要內(nèi)容如圖1.2 所示。

　　電磁組比賽要求車模在直立的狀態(tài)下以兩個(gè)輪子著地沿著賽道進(jìn)行比賽，相比四輪著地狀態(tài)，車?？刂迫蝿?wù)更為復(fù)雜。為了能夠方便找到解決問(wèn)題的辦法，首先將復(fù)雜的問(wèn)題分解成簡(jiǎn)單的問(wèn)題進(jìn)行討論。

　　為了分析方便，根據(jù)比賽規(guī)則，假設(shè)維持車模直立、運(yùn)行的動(dòng)力都來(lái)自于車模的兩個(gè)后車輪，后輪轉(zhuǎn)動(dòng)由兩個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。因此從控制角度來(lái)看，由控制車模兩個(gè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向及速度實(shí)現(xiàn)對(duì)車模的控制。車模運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)可以分解成以下三個(gè)基本任務(wù)：

　?。?） 控制車模直立：通過(guò)控制兩個(gè)電機(jī)正反向運(yùn)動(dòng)保持車模直立狀態(tài)；

　　（2） 控制車模速度：通過(guò)控制兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速速度實(shí)現(xiàn)車模行進(jìn)控制；

　?。?） 控制車模轉(zhuǎn)向：通過(guò)控制兩個(gè)電機(jī)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)差速實(shí)現(xiàn)車模轉(zhuǎn)向控制。以上三個(gè)任務(wù)都是通過(guò)控制車模兩個(gè)后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成的?？梢约僭O(shè)車模的電機(jī)可以虛擬地被拆解成三個(gè)不同功能的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，它們同軸相連，分別控制車模的直立平衡、前進(jìn)行走、左右轉(zhuǎn)向，如圖2.1 所示。