异轴二轮电动平衡车PID控制研究开题报告

1. 研究目的与意义

1、研究背景 随着环境保护意识的提高和日益拥挤的交通状况，目前异轴两轮车在市面上很受欢迎，但是，由于其敞开式的结构，在特殊天气使用时，缺点很明显，而且两轮车辆平衡稳定性方面存在缺陷，多数情况下需要双脚支撑，舒适性和安全性得不到保障。

为此，需要一种可以封闭的异轴两轮自平衡车，既能兼顾两轮车方便快捷的优点，又能保证舒适安全。

目前国内外对于平衡车的研究主要是关于同轴二轮电动车，前后两轮式异轴平衡车的研究较少，而异轴平衡车由于其结构和行式，其控制相比于同轴二轮电动车有许多相似之处，其结构更加简单，控制更容易实现。

2. 国内外研究现状分析

1. 国外研究概况1986年，日本电通大学山腾一雄（kazuoyamafuji）提出此概念，并在1987年申请的一项平行双轮机器人的专利中，使用了该技术。

2001年美国发明家dean kamen发明了一种新型的方便快捷的两轮交通工具segway，五个便宜的固态陀螺仪、倾斜传感器、高速微处理器和电动机以每秒100次检测车体姿态，测出驾驶者的重心，瞬间完成计算，以每秒20000次的频率进行细微调整，不管什么状态和地形都能自动保持平衡。

目前，segway共拥有三个主要产品系列ht、xt与gt，但其中最早登场的segway ht又依照需求差异，还更细分为多种尺码、输出与用途不同的系列，体现出了两轮自平衡机器人的巨大应用潜力。

3. 研究的基本内容与计划

1. 研究内容：1) 异轴两轮电动平衡车动力学模型的建立；2) 异轴两轮电动平衡车数值仿真；3) 平衡车的PID控制策略研究。

2. 研究计划：1-2周，学习MATLAB软件的建模和仿真方法；2-3周，学习基本控制理论，掌握PID控制原理；4-7周，建立平衡车动力学模型，列出动力学方程，并在MATLAB中搭建电动车的模型；8-10周，利用PID控制策略控制电动车平衡；11-14周，利用MATLAB软件仿真、计算和分析两轮自平衡车的PID控制；15-16周，撰写毕业论文。

4. 研究创新点

本论文提出一种新的控制电动车平衡的方式，利用转子盘对电动机产生大小相同、方向相反的反作用力矩，反作用力矩作用在车架上，使电动车保持平衡。