图 2。1 电磁导引自平衡车系统组成结构图

（1）姿态测量模块：采用卡尔曼滤波算法，将陀螺仪获取的车体角速度信号和加速计获 取的车体倾角信号经过融合及滤波处理后消除测量误差，以更精确的数据控制智能车保持直 立。 

（2）路径辨别模块：通过小车前端的电磁感应传感器收集赛道中心电磁线散发的磁场信文献综述

息，判断小车自身位置，为控制器提供输入信息。 

（3）驱动模块：该模块接受特定占空比的脉冲，然后转换成控制左右电机转速的电压， 再由编码器测速实现闭环负反馈控制 

（4）无线通讯模块：该模块主要负责信息传输任务，同时观察滤波效果、速度控制效果， 以便调试。 

（5）人机交互模块：人机交互模块主要由液晶屏、按键和拨码开关等组成。液晶屏用以 显示小车各个控制参数，按键可用来调节参数大小，同时也可在比赛前进行一些程序选择， 拨码开关可控制小车的整体开关。整个模块用以调节并实时显示各参数。 

（6）电源模块：主要作用是提供辅助电源。 

（7）单片机系统：信息处理，选择合适的算法、发送控制信号。 

2。3 系统工作原理

小车的控制主要分为直立控制、速度控制、方向控制三个方面。其中，直立控制是保证 小车正常运动的基础，因此直立控制处于控制任务的核心环节。同时，由于三个控制任务最 终都是施加到车轮的左右电机上进行控制的，因此需要综合考虑互相间的影响后进行控制。 小车通过车体前端的电磁感应装置（如电磁感应线圈）来感知赛道周围的磁场，从而判断小 车在赛道中的位置，作出针对性的姿态调整。检测到的车体倾角、角加速度、车体偏离赛道 位置等信息均通过单片机进行处理后按照控制算法要求施加相应的输出信息到驱动模块。此 外，小车还配置了蓝牙供信息传送。系统整体框图如图 2。2：

图 2。2 智能车系统整体结构框图 

3 电磁导引自平衡车建模

自平衡车的车体模型决定了控制算法的效果。本文将从自平衡车车体建模，驱动建模等 方面探讨小车的数学模型，给出牛顿动力学方程，并讨论控制的可能性[10]。 

3。1 自平衡车车体建模及分析来*自~优|尔^论:文+网www.youerw.com +QQ752018766*

3。1。1 自平衡车车体建模

本次小车属于刚性两轮机器人。系统具有两个同轴驱动轮，每个轮子都由两个电机独立 驱动。中间体由底盘、摄像头、芯片板等几部分组成。由于实际运动过程的复杂性，必须要 对小车的运行作出合理的简化，近似，才能建立满足要求的模型[11]。故作出如下假设： 

机器人结构均为刚体。 小车行驶于平坦地面，车轮与地面不存在相对滑动。 忽略车体与车轮间的摩擦力，忽略轴承摩擦等。 近似认定电机转矩等于输出转矩，忽略电机中转矩损失。