基于四元数互补滤波和PID控制算法的两轮自平衡车系统设计

林伟捷 黄唯佳 蔡剑卿

摘要：为探究两轮自平衡车系统中惯性传感器的数据误差问题和车体平衡抗扰适应性，利用主控制器KL25、惯性传感器MPU6050等器件搭建了实验平台。基于四元数与互补滤波数据的融合解算车体姿态，通过数字PID算法调整PWM信号量的输出实现姿态的自我调整，最终实现对两轮车体系统的自平衡控制。测试结果表明，在小幅度偏角范围内车体能够及时调整姿态，表现出了良好自平衡性能。

关键词：车辆自平衡；四元数；互补滤波；PID控制；姿态检测

DOIDOI：10.11907/rjdk.161719

中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：1672-7800（2016）006-0080-03

参考文献：

[1]季鹏飞，朱燕，程传统，杜晓. 基于STM32的两轮自平衡小车控制系统设计[J]. 电子科技，2014（11）：96-99，105.

[2]孙淑光，王天游，程鹏，贾昌磊. MEMS惯性传感器随机误差分析与去噪研究[J]. 计算机测量与控制，2016（3）：291-295.

[3]张天光，王秀萍，王丽霞. 捷联惯性导航技术（第2版）[M]. 北京：国防工业出版社，2007.

[4]梁光胜，杜梦楠，周子豪，等. 基于互补滤波的两轮自平衡车姿态控制[J]. 测控技术，2015（5）：72-74.

[5]KE LIN，TING LEI HUANG，PIN LIU. Design of the smart car control system based on adaptive PID algorithm[C]. Proceedings of 2011 International Conference on Intelligent Computing and Integrated Systems（ICISS 2011），Guilin University of Electronic Technology IEEE Beijing Section，2011.

[6]任震宇，段志荣，孙亚萍，等. 增量式数字PID参数整定的频域分析[J]. 微型机与应用，2015（3）：92-94，98.

[7]MA SHUHUA，LI WEI. Non-linear PID control method with feed-forward in smart car[C].SingaporeGuilin University of Electronic Technology，China，Northeastern University，IEEE Industrial Electronics （IE） Chapter，2009.