[发明专利]运动型倒立摆系统控制的信号处理方法及智能自平衡车信号控制系统

权利要求书

1.一种运动型倒立摆系统控制的信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1:从检测倒立摆系统保持各种状态所生成的一系列传感器测量信息中，选择能够使倒立摆系统维持稳定状态的数据组成定义基准信号集合，并作为当前针对倒立摆系统所设定的控制方略的标准数据集，来初始化倒立摆系统；

S2:缓存对于倒立摆系统的上一状态信息精确值数据；

S3:通过信息采集单元，处理对于倒立摆系统的当前状态的各传感器的测量信息，将各传感器的测量信息模拟信号读取后转换为数字信号，获取对于倒立摆系统的当前状态的各传感器的信息采样值；

S4:监测并判断在上述S3步骤中的各传感器的测量信息的采集过程的完成状态：如果采集过程已经完成，则利用在上述S1步骤中的当前的倒立摆系统控制方略的标准数据集和在上述S3步骤中的对于倒立摆系统的当前状态的各传感器的信息采样值，进行初步数据处理，得到对于倒立摆系统的当前状态信息采样值，并将对于倒立摆系统的当前状态的信息采样值输入滤波处理单元进行后续处理；如果采集过程未完成，则返回上述S2步骤中，继续更新对于倒立摆系统的当前状态的各传感器的测量信息，直至得到对于倒立摆系统的当前状态信息采样值；

S5:采用滤波处理单元，将在上述S2步骤中的倒立摆系统的当前状态信息精确值缓存数据和在上述S4步骤中的倒立摆系统的当前状态信息采样值一起作为向滤波处理单元提供的数据源，根据倒立摆系统的上一状态信息精确值与当前状态信息采样值，通过滤波处理单元的处理生成倒立摆系统的当前状态信息精确值，并缓存对于倒立摆系统的当前状态测量精确值数据；

S6:监测并判断在上述S5步骤中的信息滤波处理过程的完成状态：如果滤波处理过程已经完成，则将对于倒立摆系统的当前状态信息精确值输入信号融合单元进行后续处理；如果滤波处理过程未完成，则返回上述S5步骤中，继续更新计算对于倒立摆系统的当前状态信息精确值，直至运算得到对于倒立摆系统的当前状态信息精确值；

S7:采用信号融合单元，将在上述S6步骤中的对于倒立摆系统的相邻状态信息精确值一并作为向信号融合单元提供的数据源，根据倒立摆系统的上一状态信息精确值与当前状态的信息精确值，通过信号融合单元的运算处理生成倒立摆系统的摆杆在当前状态的精确姿态偏移量，再将倒立摆系统的摆杆在当前状态的精确姿态偏移量数据输入控制器，通过控制器运算得到所述轮毂电机能够识别控制量的控制指令信号，再将控制信号指令信号输入所述轮毂电机的驱动模块，使轮毂电机驱动车轮进行正转或反转，来调整倒立摆系统的摆杆趋向竖直，从而使倒立摆系统维持当前平衡状态，通过信号融合单元的运算处理生成倒立摆系统的摆杆在当前状态的精确姿态偏移量的同时，还返回上述S2步骤中，继续更新对于倒立摆系统的当前状态的各传感器的测量信息，继续运算和处理对于倒立摆系统的摆杆在下一状态的精确姿态偏移量，通过控制器控制轮毂电机，驱动车轮转动，从而使倒立摆系统维持下一个平衡状态，并以如此信号处理的方式不断进行后续循环。

2.根据权利要求1所述运动型倒立摆系统控制的信号处理方法，其特征在于：所述信息采集单元处理的倒立摆系统信息采样值、所述滤波处理单元处理的倒立摆系统信息精确值和所述信号融合单元处理的倒立摆系统的摆杆的精确姿态偏移量皆为几何参数或运动速度参数，所述控制器运算后输出的控制指令信号是与速度相关的控制量。

3.根据权利要求2所述运动型倒立摆系统控制的信号处理方法，其特征在于：所述运动型倒立摆系统为轮式牵引的单级倒立摆系统，是由单级直线式倒立摆机构和单级旋转式倒立摆机构组合形成的单级混合倒立摆机构，将所述倒立摆系统的摆杆的支点轴设置于车体上，所述倒立摆系统的摆杆的支点轴轴线与车轮轴线平行。

4.根据权利要求3所述运动型倒立摆系统控制的信号处理方法，其特征在于：所述倒立摆系统的摆杆的支点轴轴线与车轮轴线重合，即由所述车体作为倒立摆系统的摆杆，车轮轴同时作为所述车体的支撑转轴，使所述车体和车轮同轴转动，各传感器分别测量所述车体的倾斜角度所述车轮轴的转动角度ψ和驱动所述车轮的轮毂电机的速度ν，其中车体的倾斜角度和车轮轴的转动角度ψ共同描述直线式倒立摆机构和单级旋转式倒立摆机构组合形成的单级混合倒立摆机构的摆杆姿态变化，则在上述步骤S2中，缓存的所述对于倒立摆系统上一状态信息测量精确值数据主要包括其中是第i-1时刻的所述车体的倾斜角度精确值，是第i-1时刻的所述车轮轴的转动角度精确值，是第i-1时刻的所述轮毂电机的速度精确值，i是倒立摆系统的运行时刻。