[发明专利]运动型倒立摆系统控制的信号处理方法及智能自平衡车信号控制系统

摘要

本发明公开了一种运动型倒立摆系统控制的信号处理方法，对运动型倒立摆系统的状态信号的采集与处理，通过滤波处理与信号融合技术，提高倒立摆的工作的稳定性和可靠性，提高基于倒立摆系统的电动代步工具的驾乘稳定性、安全性和舒适性。本发明公开了一种智能自平衡车信号控制系统，包括电源系统、信号采集子系统、信号整理子系统、信号处理子系统和控制系统，通过滤波处理单元与信号融合单元，提高电气系统和机械系统的联合控制和信息反馈的能力，减少由于自平衡车运动中产生刚性干涉形成微小扰动，提高整车智能化程度，使自驾智能自平衡车实现更加方便、易用、舒适和平稳，降低软硬件控制策略的实现成本，提高了自平衡车的性能价格比。

主权项

一种运动型倒立摆系统控制的信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：S1:从检测倒立摆系统保持各种状态所生成的一系列传感器测量信息中，选择能够使倒立摆系统维持稳定状态的数据组成定义基准信号集合，并作为当前针对倒立摆系统所设定的控制方略的标准数据集，来初始化倒立摆系统；S2:缓存对于倒立摆系统的上一状态信息精确值数据；S3:通过信息采集单元，处理对于倒立摆系统的当前状态的各传感器的测量信息，将各传感器的测量信息模拟信号读取后转换为数字信号，获取对于倒立摆系统的当前状态的各传感器的信息采样值；S4:监测并判断在上述S3步骤中的各传感器的测量信息的采集过程的完成状态：如果采集过程已经完成，则利用在上述S1步骤中的当前的倒立摆系统控制方略的标准数据集和在上述S3步骤中的对于倒立摆系统的当前状态的各传感器的信息采样值，进行初步数据处理，得到对于倒立摆系统的当前状态信息采样值，并将对于倒立摆系统的当前状态的信息采样值输入滤波处理单元进行后续处理；如果采集过程未完成，则返回上述S2步骤中，继续更新对于倒立摆系统的当前状态的各传感器的测量信息，直至得到对于倒立摆系统的当前状态信息采样值；S5:采用滤波处理单元，将在上述S2步骤中的倒立摆系统的当前状态信息精确值缓存数据和在上述S4步骤中的倒立摆系统的当前状态信息采样值一起作为向滤波处理单元提供的数据源，根据倒立摆系统的上一状态信息精确值与当前状态信息采样值，通过滤波处理单元的处理生成倒立摆系统的当前状态信息精确值，并缓存对于倒立摆系统的当前状态测量精确值数据；S6:监测并判断在上述S5步骤中的信息滤波处理过程的完成状态：如果滤波处理过程已经完成，则将对于倒立摆系统的当前状态信息精确值输入信号融合单元进行后续处理；如果滤波处理过程未完成，则返回上述S5步骤中，继续更新计算对于倒立摆系统的当前状态信息精确值，直至运算得到对于倒立摆系统的当前状态信息精确值；S7:采用信号融合单元，将在上述S6步骤中的对于倒立摆系统的相邻状态信息精确值一并作为向信号融合单元提供的数据源，根据倒立摆系统的上一状态信息精确值与当前状态的信息精确值，通过信号融合单元的运算处理生成倒立摆系统的摆杆在当前状态的精确姿态偏移量，再将倒立摆系统的摆杆在当前状态的精确姿态偏移量数据输入控制器，通过控制器运算得到所述轮毂电机能够识别控制量的控制指令信号，再将控制信号指令信号输入所述轮毂电机的驱动模块，使轮毂电机驱动车轮进行正转或反转，来调整倒立摆系统的摆杆趋向竖直，从而使倒立摆系统维持当前平衡状态，通过信号融合单元的运算处理生成倒立摆系统的摆杆在当前状态的精确姿态偏移量的同时，还返回上述S2步骤中，继续更新对于倒立摆系统的当前状态的各传感器的测量信息，继续运算和处理对于倒立摆系统的摆杆在下一状态的精确姿态偏移量，通过控制器控制轮毂电机，驱动车轮转动，从而使倒立摆系统维持下一个平衡状态，并以如此信号处理的方式不断进行后续循环。