[發明專利]一種自平衡載人電動獨輪車的控制方法

有效

• 申請號: 201410734713.0
• 申請日: 2014-12-05
• 公開（公告）號: CN104477052A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 章瑋;申曉峰;陳青云
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B60L15/20
• 分類號: B60L15/20;B62K11/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種自平衡載人電動獨輪車的控制方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

(1)采集置于電動獨輪車上的加速度計和陀螺儀的數據，得到電動獨輪車xyz三軸的加速度值和角速度值；采集永磁同步電機上的霍爾傳感器信號和三相定子電流；

(2)將電動獨輪車xyz三軸的加速度值和角速度值通過卡爾曼濾波算法進行數據融合并濾除噪聲信號，得到電動獨輪車的傾斜角度θ和傾斜角速度ω；

(3)對霍爾傳感器信號進行計算得到永磁同步電機的實際轉速n和轉子位置角

(4)對三相定子電流依次進行Clarke和Park變換，得到永磁同步電機的實際轉矩電流i_q和勵磁電流i_d；

(5)根據電動獨輪車的傾斜角度θ和傾斜角速度ω，計算出永磁同步電機的轉動速度給定n^*；

(6)根據永磁同步電機的轉動速度給定n^*和實際轉速n，計算出轉矩電流給定

(7)根據永磁同步電機的轉矩電流給定勵磁電流給定實際轉矩電流i_q和勵磁電流i_d，計算出向永磁同步電機施加的d軸電壓u_d和q軸電壓u_q，所述勵磁電流給定為0；

(8)根據d軸電壓u_d和q軸電壓u_q，利用Park反變換計算出αβ坐標系下的u_α和u_β；

(9)u_α和u_β通過SVPWM(空間矢量脈寬調制)技術生成三相逆變器的控制信號，經過逆變器向永磁同步電機施加三相電壓，永磁同步電機輸出轉矩T，從而保持電動獨輪車的姿態平衡。

2.根據權利要求1所述的自平衡載人電動獨輪車的控制方法，其特征在于：所述步驟(5)具體為：采用非線性PD算法確定永磁同步電機的轉動速度給定n^*，算式如下：

n^*＝K_Pθ+K_Dω

其中，K_P為非線性比例參數，K_D為非線性微分參數，K_P，K_D的取值隨著電動獨輪車傾斜角度θ的增大而增大。

3.根據權利要求1所述的自平衡載人電動獨輪車的控制方法，其特征在于：所述步驟(6)具體為：采用線性PI算法確定轉矩電流給定算式如下：

iq*=KPnen+KIn∫endt]]>

e_n＝n^*-n

其中，為速度環比例參數，為速度環積分參數，e_n是永磁同步電機的轉動速度給定n^*與其實際的轉速n的差值。

4.根據權利要求1所述的自平衡載人電動獨輪車的控制方法，其特征在于：所述步驟(7)具體為：采用線性PI算法確定u_q，算式如下：

ud=KPiqeiq+KIiq∫eiqdt]]>

eiq=iq*-iq]]>

其中，為轉矩電流環比例參數，為轉矩電流環積分參數，e_iq是永磁同步電機的轉矩電流給定與其實際轉矩電流i_q的差值；同樣地，采用線性PI算法確定u_d，算式如下：

ud=KPideid+KIid∫eiddt]]>

eid=id*-id=-id]]>

其中，為勵磁電流環比例參數，為勵磁電流環積分參數，e_id是永磁同步電機的勵磁電流給定與其實際勵磁電流i_d的差值，為0。