[发明专利]一种自平衡载人电动独轮车的控制方法

说明书

技术领域

本发明属于交通工具领域，涉及一种行进中前后自主平衡，左右依靠骑行者人为控制平衡的自平衡载人电动独轮车的控制方法。

背景技术

骑行纯机械独轮车是需要经过专门地学习和训练才能完成的一种活动。骑行时，必须同时维持前后方向的和左右方向的平衡，而且骑行是需要人出力的，行进速度也比较低。电动独轮车是由电机驱动的骑行装置，与骑自行车类似，只需要掌握左右的平衡就可以顺利骑行。自平衡载人电动独轮车通过倒立摆系统原理来控制车体的前后平衡，骑行者把脚分别放在轮子两侧的折叠式踏板上，身体向前倾，为了保持平衡，电机快速得向前转动，整个车体也就向前行驶。

自平衡载人电动独轮车是新一代的节能环保，便捷的代步工具，通过程序内部限制行驶最高速为18km/h，可以保证驾驶安全。电动独轮车体形小巧，重量轻，方便携带，可以直接放在汽车的后备箱，提到家里或办公室。

申请号为201410014863.4的发明专利提出了结构简单紧凑的自平衡电动独轮车，但是没有详细提出具体的控制方案。申请号为201210217335.X的发明专利提出了一种基于惯性平衡轮的自平衡载人独轮车，实现了左右平衡控制，但是惯性平衡轮的存在，控制方案较为复杂也不适用于目前市场上流行的电动独轮车结构。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种自平衡载人电动独轮车的控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种自平衡载人电动独轮车的控制方法，该方法包括如下步骤：

(1)采集置于电动独轮车上的加速度计和陀螺仪的数据，得到电动独轮车xyz三轴的加速度值和角速度值；采集永磁同步电机上的霍尔传感器信号和三相定子电流；

(2)将电动独轮车xyz三轴的加速度值和角速度值通过卡尔曼滤波算法进行数据融合并滤除噪声信号，得到电动独轮车的倾斜角度θ和倾斜角速度ω；

(3)对霍尔传感器信号进行计算得到永磁同步电机的实际转速n和转子位置角

(4)对三相定子电流依次进行Clarke和Park变换，得到永磁同步电机的实际转矩电流i_q和励磁电流i_d；

(5)根据电动独轮车的倾斜角度θ和倾斜角速度ω，计算出永磁同步电机的转动速度给定n^*；

(6)根据永磁同步电机的转动速度给定n^*和实际转速n，计算出转矩电流给定

(7)根据永磁同步电机的转矩电流给定励磁电流给定实际转矩电流i_q和励磁电流i_d，计算出向永磁同步电机施加的d轴电压u_d和q轴电压u_q，所述励磁电流给定为0；

(8)根据d轴电压u_d和q轴电压u_q，利用Park反变换计算出αβ坐标系下的u_α和u_β；

(9)u_α和u_β通过SVPWM(空间矢量脉宽调制)技术生成三相逆变器的控制信号，经过逆变器向永磁同步电机施加三相电压，永磁同步电机输出转矩T，从而保持电动独轮车的姿态平衡。

进一步地：所述步骤(5)具体为：采用非线性PD算法确定永磁同步电机的转动速度给定n^*，算式如下：

n^*＝K_Pθ+K_Dω

其中，K_P为非线性比例参数，K_D为非线性微分参数，K_P，K_D的取值随着电动独轮车倾斜角度θ的增大而增大。

进一步地，所述步骤(6)具体为：采用线性PI算法确定转矩电流给定算式如下：