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Cómo lograr el equilibrio de un vehículo de dos ruedas mediante sensor giroscópico y algoritmo PID

El papel del giroscopio

El sistema de control del robot autoequilibrado de dos ruedas no sólo requiere señales de inclinación en tiempo real, sino que también requiere velocidad angular para proporcionar la cantidad de control. Teóricamente, la velocidad angular se puede obtener derivando el ángulo de inclinación medido por el acelerómetro, pero en realidad los resultados obtenidos de esta manera son mucho más bajos que los medidos por el giroscopio, que tiene la ventaja de un buen rendimiento dinámico.

(1) El valor de salida directa del giroscopio es la tasa angular relativa al eje sensible. La tasa angular se puede integrar en el tiempo para obtener el valor angular de rotación alrededor del eje sensible. Dado que el sistema utiliza un programa de muestreo cíclico del microcontrolador para obtener la información de la velocidad angular del giroscopio, es decir, muestreando cada corto período de tiempo, se utiliza el método de acumulación para implementar la función integral para calcular el valor del ángulo.

(2) Utilice un giroscopio para medir la señal de velocidad angular y el valor del ángulo se puede obtener integrando la velocidad angular. Sin embargo, debido a factores como cambios de temperatura, fricción, par inestable, etc., el giroscopio producirá errores de deriva. Sin embargo, no importa cuán pequeña sea la deriva constante, por integración se obtendrá un error angular infinito. Por lo tanto, el giroscopio no se puede utilizar solo como sensor de ángulo del vehículo autoequilibrado.

2. La función del sensor de inclinación

(1) El acelerómetro en el sensor de inclinación puede medir la aceleración lineal dinámica y estática. Un ejemplo típico de aceleración estática es la aceleración de la gravedad. El ángulo de inclinación se puede determinar midiendo directamente la aceleración estática de la gravedad de un objeto mediante un acelerómetro.

Cuando el sensor de aceleración está estacionario, el sensor de aceleración solo genera el valor de la aceleración gravitacional que actúa sobre el eje sensible a la aceleración, es decir, el valor componente de la aceleración gravitacional. Según los valores de los componentes de la aceleración de la gravedad en cada eje, se puede calcular el ángulo de inclinación del objeto en las direcciones vertical y horizontal.

(2) El acelerómetro tiene una respuesta dinámica lenta y no es adecuado para rastrear movimientos angulares dinámicos, si espera una respuesta rápida, causará mucho ruido; Sumado a la limitación de su rango de medición, no es apropiado usar el acelerómetro solo para detectar la inclinación de la carrocería del vehículo y debe usarse junto con otros sensores.

3. Principio

Su principio de funcionamiento se basa principalmente en un principio básico llamado "estabilidad dinámica". El giroscopio y el sensor de aceleración dentro de la carrocería del automóvil se utilizan para detectar cambios en la actitud de la carrocería, y el sistema de servocontrol impulsa con precisión el motor para realizar los ajustes correspondientes para mantener el equilibrio del sistema.