摘要两轮平衡车的平衡思想来源于倒立单摆，需要施加外力使得回复力方向与车身倾 斜方向相反，小车在此回复力的作用下恢复到平衡位置，也就是说需加给车轮一个与 倾斜方向相反的加速度。

本文根据两轮平衡车的平衡原理，设计了一款能够实现自身平衡的小车。微控制 器选择了以 ATmega 328 单片机为处理器核心的 Arduino Duemilanove；车体姿态由内 置加速度及陀螺仪传感器的组合型新型传感器 MPU6050 来测量，利用加速度传感器 测出的数据计算出车身的倾角，但因为加速度的动态响应状态差，陀螺仪的动态响应 状态反而好，需要用陀螺仪的动态响应来弥补加速度在动态情况下的失真。于是使用 了卡尔曼滤波融合处理了加速度与角速度。计算出比较真实的倾斜角度之后，又将其 输入 PID 控制器算出合适的 PWM 值，最后将 PWM 值输入电机驱动芯片 L293D 来 驱动电机，使得小车车轮前进或者后退来调整车身倾斜的角度，达到直立平稳状态。78061

毕业论文关键词：MPU6050；两轮平衡车；卡尔曼滤波；PID 控制；电机驱动

Abstract The thought of the two wheeled balancing vehicle comes from inverted pendulum。 It needs exerting force to make the recovery force opposite to the bias direction body of the vehicle, vehicle then will come back to balance position with the recovery force。 That is to say, an opposite acceleration to the bias will be needed to put on the wheels。

According to the balance principle of two wheeled balancing vehicle, this paper designed a balancing vehicle that can balance itself。 The microcontroller selects ATmega 328 MCU as the core of the processor Arduino Duemilanove; body posture of the   vehicle is measured by the inner accelerometer and gyro sensor combinated  new  sensor MPU6050, using the data that measured by acceleration sensor to calculate the bias angle of the vehicle。 However, because of the acceleration dynamic response is bad, while the gyro dynamic response sensitively, therefore, gyroscope dynamic response can compensate for the acceleration in dynamic distortion。 So Kalman filter was used to deal with the acceleration and angular velocity。 After calculating a relatively accurate tilt angle and input PID controller to calculate the appropriate PWM value。 Finally, we input the PWM value into drive chip L293D to drive motor, making the car wheel forward or backward to adjust the body tilt angle until it reaches the balance state。

Keywords:MPU6050; two wheeled balancing vehicle; Kalman filter; PID control; motor driven

目 录

第一章 绪论 1

1。1  研究背景 1

1。2  研究现状与发展 1

1。3  本文的主要内容 3

第二章 两轮平衡车控制原理 4

2。1  两轮平衡车的任务分解 4

2。2  两轮平衡车的平衡控制原理 4

2。3  两轮平衡车速度的控制 6

第三章 平衡小车的硬件组成 8

3。1  平衡小车硬件组成 8

3。2  平衡小车硬件的选择 8

3。3  微控制器 8

3。3。1 Arduino 8

3。4 加速度、陀螺仪传感器 9

3。4。1 MPU6050 10