基于角动量轮控制的无人驾驶自行车的实现

• 作者: 孟剑新 张海若 栗昊 李丹丹 东北林业大学机电工程学院
• 来源期刊: 科技创新与生产力
• 关键词: 角动量守恒定律 二阶巴特沃斯滤波 卡尔曼滤波
• 年，卷（期）: 2023,（2）
• 所属期刊栏目: 技术创新
• 页码范围: 106-110
• 页数: 5页
• 语种: 中文

摘要

针对无人驾驶自行车自平衡问题，提出了一种通过角动量守恒定律设计的角动量轮来使无人驾驶自行车能够长久地保持静态平衡。对自行车倾侧时进行动力学分析，确定角动量轮的最终控制方案。驱动系统方面，本文采用了M4内核32位的STM32F407ZGT6芯片，使用Odrive直接控制角动量轮转速。使用由三轴加速度计、三轴陀螺仪和一款微控制器集成的CH100姿态传感器获取自行车姿态信息；使用一阶低通滤波减少电机抖动对CH100陀螺仪测量数值的影响；使用二阶巴特沃斯滤波和卡尔曼滤波融合滤波将高频抖动滤波除去。最终调试的角动量轮静止平衡参数KP、KI、KD、最大输出、最大积分分别为-120、-1.0、-3 000、28、10；直线行进参数KP、KI、KD、最大输出、最大积分分别为-100、0、-500、28、10；舵机控制参数KP、KI、KD、最大输出、最大积分分别为90、0、0、80、0。在Odrive参数中，角动量角轮的vel＿ramp＿rate为40，电机的vel＿ramp＿rate为8；角动量轮的vel＿gain为0.035、电机的vel＿gain为0.15。