[发明专利]倒立摆系统的动态平衡控制方法及智能平衡车控制系统

权利要求书

1.一种倒立摆系统的动态平衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1:通过检测各传感器的信息，初始化倒立摆系统；

S2:缓存对于倒立摆系统的上一时刻信息精确值数据；

S3:通过信息采集单元，获取对于倒立摆系统的当前时刻的各传感器的信息采样值；

S4:进行初步数据处理，得到对于倒立摆系统的当前时刻信息采样值，并将对于倒立摆系统的当前时刻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S2步骤；

S5:采用滤波处理单元，将在S2步骤中的上一时刻信息精确值缓存数据和在S4步骤中的当前时刻信息采样值一起作为滤波处理单元的数据源，通过滤波处理单元的处理生成倒立摆系统的当前时刻信息精确值，并缓存对于倒立摆系统的当前时刻测量精确值数据；

S6:对于倒立摆系统的当前时刻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S5步骤；

S7:采用信号融合单元，将S6步骤中的信息精确值作为信号融合单元的数据源，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时刻的精确姿态数值，再将倒立摆系统的摆杆在当前时刻的精确姿态数值数据输入数据融合单元进行后续处理；

S8:采用数据融合单元，将S7步骤中的精确姿态数值数据作为数据融合单元的数据源，通过数据融合单元的运算处理生成轮毂电机能够识别的控制指令信号，再将控制指令信号输入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，使倒立摆系统维持当前动态平衡状态，通过信号融合单元和数据融合单元生成控制指令信号的同时，返回上述S2步骤中，继续更新对于倒立摆系统的当前时刻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时刻的精确姿态数值，通过数据融合单元输入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所述倒立摆系统的动态平衡控制方法，其特征在于：在S8步骤中采用数据融合单元，得到第i时刻倒立摆系统维持动态平衡的控制算法：

其中，Φ_i是第i时刻轮毂电机转矩的变量，ζ是陀螺仪和加速度计的滤波系数，是第i-1时刻陀螺仪和加速度融合姿态的角度，K是数据增益系数，是第i时刻陀螺仪和加速度融合姿态的角度，η是电机效率，δ是传感器受外界环境影响的噪声系数，ω是比例系数，Λ_i是第i时刻驱动车轮的轮毂电机的转速，μ是传感器数据融合的调整系数，λ_i是第i时刻轮毂电机的电气角度，Δ是角度补偿常数，γ是编码器的滤波系数，T是第i时刻与第i-1时刻之间的时间间隔。将第i时刻通过数据融合单元的运算处理生成轮毂电机能够识别的控制指令信号，输入轮毂电机的驱动模块，轮毂电机驱动车轮进行正转或反转，来调整车体趋向动态平衡稳定状态。

3.一种实施权利要求1或2所述的倒立摆系统动态平衡控制方法的智能平衡车控制系统，包括电源系统，其特征在于它还包括：信号采集子系统、信号整理子系统、信号处理子系统、数据处理子系统；

电源系统为各系统和电子器件供电；

信号采集子系统，包括陀螺仪、加速度计、编码器和采集控制芯片；

信号整理子系统，包括滤波处理单元和缓存单元；

信号处理子系统，包括信号融合单元；

数据处理子系统，包括数据融合单元。

4.根据权利要求3所述的智能平衡车控制系统，其特征在于，所述陀螺仪实时检测车体的倾斜角度，即实时检测车架平台的倾斜角度；加速度计实时检测车轮轴的转动角度；编码器实时监测驱动车轮的轮毂电机的电气角度；采集控制芯片处理陀螺仪、加速度计和编码器的检测信息，得到信息采集子系统在每一时刻的检测信息的采样值。

5.根据权利要求4所述的智能平衡车控制系统，其特征在于，所述滤波处理单元整理从采集控制芯片接收到的信息采样值和调用缓存单元中存储的上一时刻信号精确数据，处理生成当前时刻的信息精确值；缓存单元缓存当前时刻滤波处理单元生成的信号精确数据作为下一时刻的滤波处理单元的数据源之一。