双轮自平衡车控制

任航

摘 要：双轮自平衡车属于一种两轮同轴布置的交通工具，具有较多的优点，其平衡系统也是遵循一定的理论构建的，所以双轮自平衡车具有一定的研究价值和意义。近几年来，国内外对双轮自平衡车进行了系统的研究，并且取得了较好的成果，这主要源于双轮自平衡车的控制系统具有一定的优点和现实意义，能够指引人类交通工具的不断演变和发展方向。本文论述了双轮自平衡车的控制优点、原理和意义，并且提出了双轮自平衡车的控制系统构建时需要注意的问题。

关键词：双轮自平衡车；控制系统；控制原理

随着我国经济的快速发展，汽车产业也有了较快的发展，然而却给我国带来了一系列的问题，如：交通压力、环境、能源消耗等，因此，我国需要积极研究和开发节能的汽车或者代步工具。双轮自平衡车作为一种电动车，既能够节省能源，又能够缓解交通压力，同时还不会引发一系列的环境问题，所以是一种十分理想的交通工具。文章对双轮自平衡车的优点、控制原理、控制意义以及需要注意的问题做了分别的阐述。

1 双轮自平衡车的控制优点

第一，双轮自平衡车具有运动灵活性。它的转弯半径可以缩小到零，相当于原地旋转，而由于它的体型较小，所以可以在狭小的空间内运动，这种灵活性较强的双轮自平衡车更加适合作为人们的代步工具。第二，双轮自平衡车是属于智能化控制的，所以车的自身具有较好的保持平衡性，而操作过程中只需要对控制器的按钮进行控制，就可以轻松操作，方法十分简便和快捷。第三，双轮自平衡车的控制系统构造十分简单，只需要控制车身的转向、转速等即可，所以不需要其他复杂的构造。第四，双轮自平衡车操作起来十分方便，使用者只需要通过调节自身的重心点即可实现车身的前进、后退等控制操作，没有过于复杂的操作环节，所以适合更多的群体使用。第五，双轮自平衡车能够应用于多种场合，它的体积较小，占地面积也少，所以形同于行人走路的体积，因此可以穿梭于多种多样的场合，是人们短途交通的最佳代步工具[1]。

2 双轮自平衡车的控制原理

双轮自平衡车本身具有传感器，而传感器能够较好的明确车体的实时状态以及指令和信号等信息，而这些信息经过双轮自平衡车控制结构的处理后与预期的结果进行有效对比，在确认符合程序之后，微处理器会对相应数据做出合理计算并且输出有效的结果，从而更好的驱动双轮自平衡车以目标速度和方向运转，在保持平衡状态下做到载人的安全。这就是双轮自平衡车的控制原理。有了双轮自平衡车，更加体现了汽车行业的智能化和信息化，从而更好的实现了节能、高效。

目前，国内外对双轮自平衡车都有了较多的研究，并且其平衡技术水平和控制功能在不断的提高。双轮自平衡车虽然已经应用于人类社会，给人类带去了更方便的交通和促进了人类社会的发展，但是双轮自平衡车的价值还不止于此，其技术水平还会随着科研的不断进步而进一步提高[2]。

3 双轮自平衡车的控制意义

首先，双轮自平衡车作为载人的代步交通工具，可以在众多场合使用，并且能够节省资源、缓解交通和环境压力。双轮自平衡车具有一定的使用价值，可以成为许多群体的代步工具，不仅提高了人们的交通效率，而且最重要的是有效的缓解了我国的能源压力、交通压力、环境压力，所以双轮自平衡车具有一定的应用意义。

其次，促进我国相关人员对控制技术的进一步研究。双轮自平衡车的成功应用是控制技术在生活中应用的成功案例，我国相关科研人员可以将双轮自平衡车作为一种研究对象，从而对多种控制技术的算法进行验证和钻研，检验新型控制技术的技术水平和其正确性，更可以在教学过程中作为一种典型案例进行讲授。

再次，促进双轮自平衡车的不断改进以适应更多领域的应用。双轮自平衡车的应用能够为我国有效的减缓交通、环境、能源压力，所以我国应对其进行积极改进，促进双轮自平衡车向更多领域的应用拓展。

最后，双轮自平衡车的平衡系统结合了众多的科技技术，所以能够有效的推动众多领域科技的发展，也有利于解决许多其他行业中关于平衡和控制技术的问题[3]。

4 双轮自平衡车的控制系统需要注意的问题

首先，注重双轮自平衡车的转矩控制和车轮的转速匹配问题。电动机是双轮自平衡车的动力源，所以需要具有稳定的平衡性和良好的运行性，而这就需要兼顾双轮自平衡车的转矩与车轮速度之间的协调，以更好的发挥双轮自平衡车的平衡控制能力。

其次，控制算法要针对不同的负载和不同的重心位置而设定计算方法，使算法与其保持一致，以提高控制系统的自平衡能力。并且双轮自平衡车的不同重心位置都有不同的控制算法，这主要是源于双轮自平衡车是凭借人体的重心倾向而辨别方向和控制操作的。

最后，把握传感器的测量准确度，传感器测量结果的准确与否与双轮自平衡车的平衡控制系统有直接的关系，更能够影响双轮自平衡车的性能，所以需要精确传感器的测量系统，以最大程度的适应双轮自平衡车的平衡控制技术。

总而言之，双轮自平衡车有良好的平衡系统结构，更具有许多的优点，随着我国汽车行业的不断发展，未来的交通和环境压力会随着增加，而能源消耗也会越来越严重，因此，我国需要积极投身于对节能汽车和代步工具的研究中，从而促进我国经济的更好更快发展。

[参考文献]

[1]曹志杰.一种自平衡双轮移动机器人控制系统的设计与实现[D].北京邮电大学.2008.

[2]田珊珊.基于嵌入式微控制器和低成本传感器的自平衡两轮电动车研发[D].重庆交通大学.2012.

[3]段其昌，袁洪跃，金旭东.两轮自平衡车无速度传感器平衡控制仿真研究[J].控制工程.2013，7（20）：90-91.