两轮自平衡智能车是智能汽车的一个重要分支，在智能汽车研究领域是一个崭新但快速 发展的方向。它由车体和两个平行放置的车轮构成，是倒立摆模型的经典应用。因为它体积 小、结构简单、质量轻等特点，可以占用较少的车道，穿越狭窄的街区，方便停车等。这种 低污染、高度便捷的系统无疑为节能环保汽车提供了一中新的思路，有不可估量的发展和应 用前景[14]。 

本课题以第十一届“恩智浦”杯智能车大赛电磁组电磁导引自平衡车为背景，参赛队员 通过了解自平衡车系统整体组成结构与工作原理，并对其提出数学建模、控制算法、调试仿 真，对智能小车进行研究和深入探讨。因为课题与智能车相关领域紧密相连，因此具有很高 的研究价值。 

1。2 国内外相关研究状况

1。2。1 国外研究现状

1。2。2 国内研究现状

1。3 本文主要研究内容

本课题以第十一届全国大学生“恩智浦“杯智能车竞赛为导向，通过对系统需求和工作 原理的分析，完成自平衡车建模工作和控制算法的设计。建模上主要是采用牛顿动力学方程 对自平衡车车轮和车体建模，以获取小车运动的空间状态方程并分析其能控性。同时对小车 的驱动系统建模得出了驱动系统的简化模型。算法上主要是基于对智能车的转向、速度以及 直立任务的研究提出了相应的PID控制和模糊控制算法。本文的由如下章节构成： 

第一章：引言。这一部分以智能车的背景作为基本论述点。另外也介绍了国内外相关智 能车研究的状况，最后延伸出整个系统的主要研究内容。 

第二章：这一部分介绍了电磁导引智能车的设计方案，首先通过对自平衡车分析得到系

统组成结构，其次依次介绍了各组成模块的功能，最后简要概述了控制系统的工作原理。 第三章：这一部分主要对电磁导引自平衡智能车的车体及驱动系统进行建模。结合了牛

顿运动学原理以及车体模型对智能车的运动状态进行分析并通过MatLab仿真对系统的能控性

进行了验证。 

第四章：这一部分主要分析了自平衡车的三个主要控制任务，即车模角度控制，速度控 制和方向控制，通过简化模型和比较算法得出了控制的方法，通过MatLab仿真验证了结果。 

第五章：这一部分是结合了上述算法控制理论，完成了智能车分部及整体调试工作。 

2 电磁导引自平衡车控制系统总体设计

2。1 系统需求分析

第十一届“恩智浦“杯智能车大赛电磁类自平衡车组的主要任务是通过研制电磁导引自 平衡智能车来完成沿赛道行驶的任务。自平衡车选用 C 型车模，要求通过安装在小车上的电 磁感应器件感应赛道中央的电磁线来确定自身位置，并通过控制算法驱动电机，依次控制双 轮行走。大赛要求小车能够判断赛道类型，并尽可能地保持高速行驶，最快到达目的地的车 辆获胜，同时车身必须时刻保持直立状态，因此控制算法需要建立在以直立控制为核心，同 时兼具速度控制和方向控制的基础上，且三者之间尽量避免相互影响。这对小车的控制算法 设计和调试都提出了很高的要求。 

2。2 系统组成结构

由前文系统设计分析可知，本次电磁导引自平衡车的系统主要由下列模块构成：路径辨 别（方向）模块、无线通讯模块、姿态测量（直立）模块、人机交互模块、电源模块、单片 机最小系统 K60 模块、车轮驱动模块等。如图 2。1 所示：