此外，在恶劣地理环境或者外星球等一些人类无法进入的地域，可以让智能车前往，一方面可以通过远程控制，另一方面则可以通过智能车的自主控制。在推动智能车技术发展的同时，还推动了地理和航天技术的发展。

两轮自平衡智能车的自平衡原理源自倒立摆的控制原理，作为一种新型的智能车，两轮自平衡智能车一改前后轮排列的方式，而是两轮共轴的方式，这种结构讲给人们带来一种全新的驾驶感受。倒立摆系统被公认为自动控制理论中的典型系统，是一个高阶次、不稳定、多变量、非线性、强耦合的快速系统，只有采用行之有效的控制策略，才能使其稳定，是检验各种控制理论的理想模型。因此，展开对两轮自平衡智能车的研究工作无疑是非常有意义的。

1．2  国内外智能车研究现状

1.2.1  国外智能车研究现状

1.2.2  国内智能车研究现状

1．3  全国大学生智能车竞赛简介

为加强大学生实践、创新、合作能力的培养，促进高等教育改革，教育部开始主办全国大学生智能汽车竞赛，2006年至今已举办过七届。

该竞赛以汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感器检测、机械等多学科，旨在培养大学生综合运用知识的能力、动手操作能力和创新意识，推动理论联系实际以及团结合作的精神，为优秀人才提供更为广阔的发展平台[17]。

每届比赛传感器类型可分为光电组、摄像头组、电磁组等多个赛题组别，并有相应的比赛规则。参赛选手须使用统一指定的硬软件平台，选用飞思卡尔半导体公司的微控制器作为核心控制单元，自主构思理论设计、实物搭建、控制算法以及相关程序的编写，调试整车使其稳定跑完赛道全程。论文网

1．4  本课题主要研究内容

与往年光电组规则不同，本届智能车光电组要求使用指定的两轮车模保持车体直立行走，即光电平衡组；此外，今年的赛道要求更高，存在虚线赛段和路障，因而对于小车的控制算法提出了更高的要求[18]。

本文以第八届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛为背景，对智能车后轮驱动系统及光电自平衡车系统建立数学模型，利用卡尔曼滤波算法对加速度计和陀螺仪获取的车体姿态信息进行滤波和处理零漂，实现对光电自平衡车的直立、速度、方向的PID控制，并借助编码器对电机闭环控制以提升电机的响应特性。本文具体研究内容包括如下几个章节：

第一章，引言。本章首先介绍了课题研究的背景及意义、国内外智能车研究的现状以及全国大学生智能车竞赛的简介，最后概括介绍了本文的主要内容。

第二章，光电导引两轮自平衡智能车系统总体设计。本章首先给出了光电导引两轮自平衡智能车系统的设计要求，然后给出系统的组成结构，并对其中的各个主要功能模块做了简要介绍，最后阐述了系统的工作原理。

第三章，光电导引两轮自平衡智能车系统数学模型的建立。本章首先建立智能车后轮闭环控制系统的数学模型并简化，进行了运动学、动力学建模和运动轨迹的分析。在平衡点附近对系统进行了线性化处理，得到了系统的状态空间方程。最后对智能车系统的稳定性和能控性进行了matlab仿真，证明系统各状态变量均完全能控。

第四章，光电导引两轮自平衡智能车直立控制。本章首先说明了加速度计和陀螺仪所采信号无法准确反映智能车倾角和角速度，接着简要阐述了卡尔曼滤波算法，并对智能车倾角和角速度的卡尔曼滤波算法进行设计与仿真。最后概述了PID算法，并根据简化倒立摆模型的受力分析得到两轮自平衡智能车的直立控制规律。