平衡小车的控制原理和实践资料说明

　　1、平衡小车控制原理

　　先记住一句话，直立环和速度环的结合是保持小车长期稳定平衡的前提。相信大家读到最后一定可以明白这句话的含义。

　　举个例子

　　大家都玩过的用手控制木棍直立不倒的游戏。这是一个通过眼睛观察木棒的倾角和倾斜趋势（角速度），通过手指的移动去抵消木棒倾斜的角度和倾斜的趋势使木棒能直立不倒的一个过程。典型的负反馈机制。

　　平衡小车也是如此，小车运动方向与倾斜方向一致，通过测量小车的倾角和倾角速度，进而通过控制小车车轮的加速度来消除小车的倾角和倾角速度，这样理论上不考虑电机极限的情况下，小车就可以平衡。

　　直立环的引出

　　理想情况下，控制电机的加速度和小车倾角成正比，可以让小车保持平衡，就是小车向倾斜的方向运动，倾斜角度越大，小车运动越快。

　　速度环的引出

　　往往，我们只使用直立环，小车只能短暂的平衡几秒，然后就朝着一个方向倒去了。具体原因要从具体的平衡控制结构来分析。我们使用的传感器是单一的MPU6050，通过DMP库获取数据，输出的是角度以及角速度信号，而我们控制的是电机，不考虑电机的感受（也就是电机的速度幅值），只要求平衡车的角度能够保持绝对平衡。

　　只有直立环的平衡小车会倒下的原因：

　　那么假如小车现在平衡状态，控制闭环出现了微小的干扰，平衡车就会有一个方向的加速度，而此时小车角度平衡，小车平移速度没有限制，这样就可能超过PWM的幅值，导致电机无法加速了，也就没有了有效的回复力，所以小车就倒了。所以速度环出现了，在小车平衡的同时，尽量让小车保持静止，就是小车速度为零。也就是对小车平移速度进行限制。

　　平衡小车速度环的原理：根据经验知道，小车的运行速度和小车的倾角是相关的，比如小车前倾，是不是直立环要使小车向前加速，让小车保持平衡，此时小车不就有速度了嘛。如果对着速度进行闭环控制，那么这个环不就是速度环了嘛。如果将速度环的目标设置为0，小车不就可以长期稳定平衡了嘛。