一种自平衡独轮滑板车及其应用的制作方法

文档序号:13250032阅读:来源:国知局
技术特征:
1.一种自平衡独轮滑板车,包括:车架(6)、左踏板(3a)、右踏板(3b)、控制电路板(4)、蓄电池(5)和轮毂电机(1);在所述车架(6)的中间位置上设置有所述轮毂电机(1);在所述车架(6)的两端分别对称布置有所述左踏板(3a)和右踏板(3b);在所述左踏板(3a)和右踏板(3b)的下方分别嵌入所述控制电路板(4)和蓄电池(5);其特征是:在所述左踏板(3a)右踏板(3b)上分别布置有左光电开关(2a)和右光电开关(2b);所述控制电路板(4)获取所述左光电开关(2a)和右光电开关(2b)的开关状态,从而控制所述独轮滑板车的启停。2.一种自平衡独轮滑板车的启动方法,其特征是按如下步骤进行:步骤1、开启独轮滑板车电源,使得蓄电池接通,控制电路板中系统初始化;步骤2、控制电路板(4)利用ADC实时采集轮毂电机(1)的负载电流,并利用六轴传感器实时采集左踏板(3a)与水平面的夹角,并将电源刚接通时所测得的角度值赋给角度变量目标俯仰角θr;步骤3、控制电路板(4)获取左光电开关(2a)和右光电开关(2b)的开关状态并进行判断,当左光电开关(2a)和右光电开关(2b)对应的IO口均无信号时,表示左光电开关(2a)和右光电开关(2b)均被踩下,执行步骤4;否则,仍然执行步骤3;当左光电开关(2a)和右光电开关(2b)均被踩下,即开始运行平衡控制程序;步骤4、控制电路板中的平衡控制程序每运行一遍,设置目标俯仰角θr的值减少α,并将所得结果重新赋给θr,依次循环;若θr等于0,则滑板车踏板已经到了水平位置,表示启动完成,并且步骤4结束运行,θr保持为0;否则,仍然执行步骤4。3.一种自平衡独轮滑板车的停车方法,其特征是按如下步骤进行:当任意一个光电开关松开,控制电路板检测到光电开关对应的IO信号,判断为停车信号,控制电路板中平衡控制程序关闭。4.一种自平衡独轮滑板车的平衡控制方法,其特征是按如下步骤进行:步骤1、控制电路板(4)通过六轴传感器分别获取独轮滑板车的三轴角速度和三轴加速度,并采用四元数算法对所述三轴角速度和三轴加速度行融合解算,得到四元数,再由四元数与欧拉角的换算公式,解得欧拉角中的俯仰角θc,并作为独轮滑板车的实际俯仰角;步骤2、利用式(1)计算角度误差esθ:esθ=θr-θc(1)式(1)中,θr表示所设定的目标俯仰角;步骤3、利用式(2)所示的PID算法求解出转矩电流基准isqref:式(2),为角度环比例系数,为角度环积分系数,为角度环微分系数;步骤4、控制电路板(4)通过ADC采集轮毂电机(1)的两相电流ia和ib,并对所述两相电流ia和ib分别进行Clarke变换和Park变换,解算出实际转矩电流isq和实际励磁电流isd;步骤5、利用式(3)和式(4)分别获得转矩电流误差esq和励磁电流误差esd:esq=isqref-isq(3)esd=isdref-isd(4)式(4)中,isdref表示所设定的励磁电流基准;步骤6、利用式(5)和式(6)所示的PID算法求解交轴电压Vsqref和直轴电压Vsdref:式(5)中,为转矩电流环比例系数,为转矩电流环积分系数,为转矩电流环微分系数;式(6)中,为励磁电流环比例系数,为励磁电流环积分系数,为励磁电流环微分系数;步骤7、根据所述交轴电压Vsqref和直轴电压Vsdref,利用Park反变换求解出静止正交基准框架下的定子矢量电压分量Vsαref和Vsβref;步骤8、将所述Vsαref和Vsβref输入控制电路板(4)中的空间矢量PWM发生器,从而获得六路控制信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5和PWM6;步骤9、所述六路控制信号经过控制电路板(4)中的电压源逆变器产生三相电压,从而使得所述控制电路板(4)能利用所述三相电压驱动轮毂电机(1)输出转矩,以保持独轮滑板车的平衡状态。5.根据权利要求4所述的自平衡独轮滑板车的平衡控制方法,其特征是:所述独轮滑板车的行驶速度与所述角度误差esθ成正比;当角度误差esθ越大,则轮毂电机(1)的输出转矩越大,使得独轮滑板车的行驶速度也越快。
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