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图23单极性PWM 图24双极性PWM 因此每一路电机为了能够实现正反转，都需要两个PWM 信号。两个电机总共需要4 路PWM 信号。具体的驱动电路：
图25直流电动机驱动控制电路 4.1.5电源模块驱动电路
1．采用稳压芯片将电源电压稳压到5V后，给单片机系统电路、路径识别的光电传感器电路、速度检测旋转编码器电路和驱动芯片。 2．经过一个二极管降至6.5V左右后供给转向伺服电机。 3．能够稳定的给车模提供稳定足够的电量。
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图26电源模块驱动电路 4.1.6转向控制运算模块
运算模块包括车体状态运算和平衡控制运算部分。车体状态运算主要是将各传感器测量的数据加以融合得出车体倾斜角度值以及行车速度等；平衡控制运算部分根据保持平衡需要的行车速度和加速度或者转弯所需要的左右电机速度变化值，向电机控制驱动模块发送控制指令。运算模块主要负责计算车体状态数据，向控制模块发出电机加速、减速及正反转等速度控制信号，接收电机信号进行车速度计算并通过串口向发送车速数据以供存储和分析。并且接收车体平衡姿态数据进行自平衡运算,运算模块用C语言编程。 4.2两轮平衡车软件系统设计 4.2.1 A/D模块 A/D转换原理
模拟信号依次通过抽样和保持（S/H ）电路和模拟转换器（A/D ）后转换为数字格式。抽样和保持电路以均匀间隔对模拟信号进行抽样，并且在每个抽样运算后在足够的时间内保持抽样值恒定，以保证输出值可以被A/D 转换器精确转换。下一步是通过模数转换器将抽样和保持电路的输出转换为数字形式。模数转换器的输出通常表示为二进制编码的形式。 4.2.2 PWM模块
PWM 调制波有8 个输出通道，每一个输出通道都可以独立的进行输出。每一个输出通道都有一个精确的计数器（计算脉冲的个数），一个周期控制寄存器和两个可供选择的时钟源。每一个PWM 输出通道都能调制出占空比从0—100%变化的波
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形。
PWM的主要特点：
1、它有8 个独立的输出通道，并且通过编程可控制其输出波形的周期。 2、每一个输出通道都有一个精确的计数器。 3每个通道都可编程。 4.2.3 PID控制器
测量系统需要控制的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器具备结构简单、稳定性好、操作方便，工作性能高的特点。
PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e (t）与输出u (t）的关系为
de?t???1tu?t??Kp?e?t???e?t?dt?TD?0Tdt1?? （式一）
TT其中Kp为比例系数；1为积分时间常数；D为微分时间常数。
PID控制器具有原理简单、使用方便、适应范围广、对模型依赖少等特点，因此使用PID控制器实现两轮自平衡车的控制是可行的。 PID控制器设计
由小车静止时其运动方程可得到系统输入输出传递函数：
??s?1H?s???X?s?s2?gl （式二）
sp??gl。其中一个极点位于s平面的右半平面。根据
此时系统具有两个极点：
奈奎斯特稳定判据可知系统不稳定，因此小车在静止状态不能保持平衡。 由小车受力分析可知小车平衡的条件是提供额外的回复力及阻尼，其来源为车轮与地面的摩擦力。由式
a?mk1??mk2??可知，车轮提供的加速度的大小是根据角度
?及角速度??的反馈得出，因此需要在控制系统中引入角度?及角速度??构成比例
(P)微分(D)反馈环节，如图所示。
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图27加入比例微分环节后的控制系统结构图
加入比例微分反馈后的系统传递函数为：
??s?1H?s???X?s?s2?k2s?k1?gllsp? （式三）
2?k2?k2?4l?k1?g?此时，系统的两个极点为
2l。根据奈奎斯特稳定判据可知，
k1系统稳定需要两个极点都位于s平面的左半平面。要满足这一点，需要由此可得出结论，但析的结果相符。
k1>g,
k2>0。
>g,
k2>0时，小车可以保持平衡，这也与上文中小车受力分
在反馈环节中，与角度?成比例的控制量称为比例控制；与角速度成比例的控制量称为微分控制（角速度是角度的微分）。因此上面系数
k1，
k2分别称为比例和微分
控制参数。其中微分参数相当于阻尼力，可以有效抑制自平衡车振荡。
控制系统的输出量为电机控制量，因而小车平衡控制的PID控制器的输出方程可写为：
OUT_Motor=Kp*Angle+Kd*Angle_dot （式四） 式四中，OUT_Motor为PID控制输出量，Angle为反馈倾角值，Angle_dot为反馈角速度值，Kp和Kd分别为比例系数及微分系数。 4.2.4平衡车控制程序
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编写的程序可在vc6.0下运行！输入e表示输出误差，ec表示误差变化率，经过测试具有很好的控制效果，对于非线性系统和数学模型难以建立的系统来说有更好的控制效果！程序见附录
第六章 结论
本款自平衡观光车立足于便携性、有一定的娱乐性、经济性与可持续使用性及
节能环保的基本理念，主要的场所是针对各种游乐场，展会，博物馆等场所而设计，其它场所也可使用。本车采用电力驱动节能环保，操作简单适合各种人群使用，智能化的控制还增加了娱乐性。此车操纵杆可以折叠，折叠后体积小，便于存放和运输。本产品结构设计合理，外形美观，定位准确，能够迎合市场的需求，有较好的市场前景。该研究课题包括以下优点：
①操作简单，运动灵活，可零半径转向，适于小空间范围使用；
②车身采用悬架装置,可以提高驾驶舒适性和削弱冲击, 并有利于延长机件的使用寿命；
③车身设计成下沉式（U型）,降低了车身和驾驶者的重心, 减轻平衡控制难度； ④能够把刹车、下坡时车体的能量转化为电能给电池充电，提高了电池的使用时间；
⑤无刹车系统，由控制部分自动给出正反转力矩，从而达到快速稳定的刹车。 缺点包括:
①两轮平衡车一种本质不稳定非线性系统。需要不断调整自身角度，才实现动态平衡，就要做好控制系统软件的设计。
②相比较于汽车，两轮平衡车的使用范围有一定的局限性。
课题研究两轮平衡小车的机械结构及相关的元件控制系统。通过自己的理论分析能对两轮平衡车有一个细致全面的认识，详细的了解了平衡车的结构特点，及每一部分所发挥的工作性能。通过自己的参数设计来模拟平衡车相关的试验，完成平衡车的模拟装配配。
附录 #include
#define PMAX 100 #define PMIN -100 #define DMAX 100 #define DMIN -100
#define FMAX 100 /*语言值的满幅值*/
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