基于四元數互補濾波和PID控制算法的兩輪自平衡車系統設計

林偉捷 黃唯佳 蔡劍卿

摘要：為探究兩輪自平衡車系統中慣性傳感器的數據誤差問題和車體平衡抗擾適應性，利用主控制器KL25、慣性傳感器MPU6050等器件搭建了實驗平臺。基于四元數與互補濾波數據的融合解算車體姿態，通過數字PID算法調整PWM信號量的輸出實現姿態的自我調整，最終實現對兩輪車體系統的自平衡控制。測試結果表明，在小幅度偏角范圍內車體能夠及時調整姿態，表現出了良好自平衡性能。

關鍵詞：車輛自平衡；四元數；互補濾波；PID控制；姿態檢測

DOIDOI：10.11907/rjdk.161719

中圖分類號：TP319文獻標識碼：A文章編號：1672-7800（2016）006-0080-03

參考文獻：

[1]季鵬飛，朱燕，程傳統，杜曉. 基于STM32的兩輪自平衡小車控制系統設計[J]. 電子科技，2014（11）：96-99，105.

[2]孫淑光，王天游，程鵬，賈昌磊. MEMS慣性傳感器隨機誤差分析與去噪研究[J]. 計算機測量與控制，2016（3）：291-295.

[3]張天光，王秀萍，王麗霞. 捷聯慣性導航技術（第2版）[M]. 北京：國防工業出版社，2007.

[4]梁光勝，杜夢楠，周子豪，等. 基于互補濾波的兩輪自平衡車姿態控制[J]. 測控技術，2015（5）：72-74.

[5]KE LIN，TING LEI HUANG，PIN LIU. Design of the smart car control system based on adaptive PID algorithm[C]. Proceedings of 2011 International Conference on Intelligent Computing and Integrated Systems（ICISS 2011），Guilin University of Electronic Technology IEEE Beijing Section，2011.

[6]任震宇，段志榮，孫亞萍，等. 增量式數字PID參數整定的頻域分析[J]. 微型機與應用，2015（3）：92-94，98.

[7]MA SHUHUA，LI WEI. Non-linear PID control method with feed-forward in smart car[C].SingaporeGuilin University of Electronic Technology，China，Northeastern University，IEEE Industrial Electronics （IE） Chapter，2009.