loadcell 平衡板

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传感器接线盒说明书

1、概述

由于传感器的关键材料:应变和弹性体各有差异及制造工艺方面的原因,造成各个传感器的参数不一致,主要是灵敏度不一致,通过调节接线盒里面的电位器来使各个传感器的灵敏度接近一致,从而保证整个称体的平衡。

CJ 系列传感器接线盒就是调节大型衡器的重要配件。

2、型号命名方式:

C

J-------W------X------ Y------E

彩 接 接线盒调节形式

信 线 接线盒外型

电 盒 密封结头材料

子 传感器的个数(2---12)

Y 为原装德国进口密封结头 G 为国产结头

型对应不锈钢外壳,含连接头 型对应不锈钢外壳,

外型尺寸:252*173*46, 外型尺寸:307*175*46, 4个固定孔尺寸:7mm 。 4个固定孔尺寸:8mm 。

型对应不锈钢外壳,含连接

型对应进口ABS 塑料头外型尺寸:182*108*38, 防水型外壳,含连接头外型尺寸:

4

个固定孔尺寸:7mm 。

178*111*35,4个固定

孔尺寸: 4.5mm 。

型对应透明外壳,含连接头

C 型对应不锈钢外

外型尺寸:219*175*40, 外型尺寸:203*95*36, 4

。 4个固定孔尺寸:5mm 。

E :为调桥压型号 SJ :为调信号配精密电阻

SP :为调信号配普通电阻 DL :为配数字式传感器

DA :为数字式线盒

3、调桥压的计算使用方法:(方便、快捷、省力)

大型电子衡器一般由多只传感器(1-12只)组成,下面以四只传感器组成的衡器为例,介绍计算调试方法。

调桥压接线盒原理图

图中J1、J2为四只传感器

N:为传感器上加载时的称重仪表显示数据(设:N1>N2>N3>N4)

E:称重仪表的供桥电压,I:为自然数:2—12

Ui:为W电位器二端的电压,W:为电位器,初始:0欧姆

Ui=[(N大-N小)/N小]*E*1000(mV)(以四个传感器为例)

U1=[(N1-N4)/N4]*E*1000(mV)

U2=[(N2-N4)/N4]*E*1000(mV)

U3=[(N3-N4)/N4]*E*1000(mV)

用三位半数字万用表DC-2V档,顺时针调节W1,W2,W3电位器,同时用数字万用表监视将电压到U1,U2,U3数值。此时调角差工作全部完成。

例如:一台30吨的汽车衡,传感器的个数为4个,压角砝码为1吨,各压角的仪表显示值N1=1005,N2=1003,N3=1000,N4=998,称重仪表的供桥电压为5V。

则U1=[(1005-998)/998]*5*1000(mV)=35(mV)

U2=[(1003-998)/998]*5*1000(mV)=25(mV)

U3=[(1000-998)/998]*5*1000(mV)=10(mV) 顺时针调节(mV)W1,W2,W3电位器,同时用数字万用表监视电压到U1=35(mV),U2=25(mV),U3=10(mV)。(调桥压的接线盒,公司出厂时电位器阻值一般为0欧姆,定货时可以注明

将电位电调在中间)

4、参照内电路板的示意:

J0:对应连接到称重仪表,+E:接正供桥电源,

-E:接负供桥电源,+S:接正信号,

-S:接负信号,GND:接地。

图中J1、J2为四只传感器

N:为传感器上加载时的称重仪表显示数据(设:N1>N2>N3>N4)

E:称重仪表的供桥电压,I:为自然数:2—12

Ui:为W电位器二端的电压,W:为电位器,初始:0欧姆

Ui=[(N大-N小)/N小]*E*1000(mV)(以四个传感器为例)

U1=[(N1-N4)/N4]*E*1000(mV)

U2=[(N2-N4)/N4]*E*1000(mV)

U3=[(N3-N4)/N4]*E*1000(mV)

用三位半数字万用表DC-2V档,顺时针调节W1,W2,W3电位器,同时用数字万用表监视将电压到U1,U2,U3数值。此时调角差工作全部完成。

例如:一台30吨的汽车衡,传感器的个数为4个,压角砝码为1吨,各压角的仪表显示值N1=1005,N2=1003,N3=1000,N4=998,称重仪表的供桥电压为5V。

则U1=[(1005-998)/998]*5*1000(mV)=35(mV)

U2=[(1003-998)/998]*5*1000(mV)=25(mV)

U3=[(1000-998)/998]*5*1000(mV)=10(mV) 顺时针调节(mV)W1,W2,W3电位器,同时用数字万用表监视电压到U1=35(mV),U2=25(mV),U3=10(mV)。(调桥压的接线盒,公司出厂时电位器阻值一般为0欧姆,定货时可以注明

将电位电调在中间)

4、参照内电路板的示意:

J0:对应连接到称重仪表,+E:接正供桥电源,

-E:接负供桥电源,+S:接正信号,

-S:接负信号,GND:接地。

基于单片机的两轮自平衡车控制系统设计

基于单片机的两轮自平衡车控制系统设计 摘要 两轮自平衡车是一种高度不稳定的两轮机器人,就像传统的倒立摆一样,本质不稳定是两轮小车的特性,必须施加有效的控制手段才能使其稳定。本文提出了一种两轮自平衡小车的设计方案,采用重力加速度陀螺仪传感器MPU-6050检测小车姿态,使用互补滤波完成陀螺仪数据与加速度计数据的数据融合。系统选用STC 公司的8位单片机STC12C5A60S2为主控制器,根据从传感器中获取的数据,经过PID算法处理后,输出控制信号至电机驱动芯片TB6612FNG,以控制小车的两个电机,来使小车保持平衡状态。 整个系统制作完成后,小车可以在无人干预的条件下实现自主平衡,并且在引入适量干扰的情况下小车能够自主调整并迅速恢复至稳定状态。通过蓝牙,还可以控制小车前进,后退,左右转。 关键词:两轮自平衡小车加速度计陀螺仪数据融合滤波 PID算法 Design of Control System of Two-Wheel Self-Balance Vehicle based on Microcontroller Abstract Two-wheel self-balance vehicle is a kind of highly unstable two-wheel robot. The characteristic of two-wheel vehicle is the nature of the instability as traditional inverted pendulum, and effective control must be exerted if we need to make it stable. This paper presents a design scheme of two-wheel self-balance vehicle. We need using gravity accelerometer

(完整版)弹性力学第十一章弹性力学的变分原理

第十一章弹性力学的变分原理知识点 静力可能的应力 弹性体的功能关系 功的互等定理 弹性体的总势能 虚应力 应变余能函数 应力变分方程 最小余能原理的近似解法扭转问题最小余能近似解有限元原理与变分原理有限元原理的基本概念有限元整体分析几何可能的位移 虚位移 虚功原理 最小势能原理 瑞利-里茨(Rayleigh-Ritz)法 伽辽金(Гапёркин)法 最小余能原理 平面问题最小余能近似解 基于最小势能原理的近似计算方法基于最小余能原理的近似计算方法有限元单元分析 一、内容介绍 由于偏微分方程边值问题的求解在数学上的困难,因此对于弹性力学问题,只能采用半逆解方法得到个别问题解答。一般问题的求解是十分困难的,甚至是不可能的。因此,开发弹性力学的数值或者近似解法就具有极为重要的作用。 变分原理就是一种最有成效的近似解法,就其本质而言,是把弹性力学的基本方程的定解问题,转换为求解泛函的极值或者驻值问题,这样就将基本方程由偏微分方程的边值问题转换为线性代数方程组。变分原理不仅是弹性力学近似解法的基础,而且也是数值计算方法,例如有限元方法等的理论基础。 本章将系统地介绍最小势能原理和最小余能原理,并且应用变分原理求解弹

性力学问题。最后,将介绍有限元方法的基本概念。 本章内容要求学习变分法数学基础知识,如果你没有学过上述课程,请学习附录3或者查阅参考资料。 二、重点 1、几何可能的位移和静力可能的应力; 2、弹性体的虚功原理; 3、 最小势能原理及其应用;4、最小余能原理及其应用;5、有限元原理 的基本概念。 §11.1 弹性变形体的功能原理 学习思路: 本节讨论弹性体的功能原理。能量原理为弹性力学开拓了新的求解思路,使得基本方程由数学上求解困难的偏微分方程边值问题转化为代数方程组。而功能关系是能量原理的基础。 首先建立静力可能的应力和几何可能的位移概念;静力可能的应力 和几何可能的位移可以是同一弹性体中的两种不同的受力状态和变形状态,二者彼此独立而且无任何关系。 建立弹性体的功能关系。功能关系可以描述为:对于弹性体,外力在任意一组几何可能的位移上所做的功,等于任意一组静力可能的应力在与上述几何可能的位移对应的应变分量上所做的功。 学习要点: 1、静力可能的应力; 2、几何可能的位移; 3、弹性体的功能关系; 4、真实应力和位移分量表达的功能关系。 1、静力可能的应力 假设弹性变形体的体积为V,包围此体积的表面积为S。表面积为S可以分为两部分所组成:一部分是表面积的位移给定,称为S u;另外一部分是表面积的面力给定,称为Sσ 。如图所示

读书报告:平衡车的原理及功能实现方法

读书报告:平衡车的原理及功能实现方法 载人平衡车是一种靠电能提供能源,能够载人直立平衡行走的交通工具。随着社会的发展,公共交通的拥堵也成为普片现象,越来越受到人们的关注。载人平衡车由于其体积小巧轻便,适用能力强,能够有效缓解交通压力。 两轮自平衡车是当今机器人研究领域的一个重要分支,它涵盖了电子、机械、自动控制与信号处理等多个学科。其结构类似于倒立摆,具有非线性、强耦合的特性。由电源、电动机构成其原动机模块;由机构件轮、轴构成其机械传动机模块;由控制芯片、陀螺仪构成其信息机模块。 平衡车模块简图 一.原动机模块 2个直流电动机安装在车体平台下面,驱动电机的H桥由4个N沟道功率MOS管AUIRFB4410组成[5j。采用IR公司的IR2184作为MOS的栅极驱动器,IR2184是一种双通道、高速高压型功率开关器件,具有自举浮动电源。在自举上作模式下,对自举电容和自举_极管的要求都较高。自举电容的耐压值仅为VCC的电压,但其容量由下列因素决定:驱动器电路的静态电流、电平转换器电流、MOSFET的栅源正向漏电流、MOSFET的栅极电容的大小、自举电容的漏电流的大小、以及上作的频率。 为了减少自举电容的漏电流,应尽量采用非电解电容,本系统中采用陶瓷电容。自举_极管必须能够承受干线上电压的反压,当开关频率较低时,要求电容保持电荷较民时间,一极管的高温反向漏电流尽量小。同样为了减少自举电容反馈进电源的电荷数量,_极管应选用超快恢复_极管。在本系统中自举_极管采用了快恢复一极管FR307,自举电容采用1 uF的陶瓷电容,完全满足本系统的需要。驱动电路中在栅极也串联了一个10 S2的小电阻,虽然这个电阻会影响一定的MOS开启速度,但可以减少栅极出现的振铃现象,减少EMI;为了加快MOS 管的关断速度,在设计电机驱动电路时在栅极电阻上反向并联了一个_极管;另外在栅极对地接了一个lOK的下拉电阻,这个电阻可以防比MOSFET被击穿;最后在电机的输出端对电源和地接了4个TVS管,一方而可以续流,另外还可以

智勇者平衡车

概述 智勇者(Braves)作为睿智飞讯公司旗下的高端品牌,以”智能科技、乐享生活“为使命,在运输机器人、家庭服务机器人以及智能家居电器的设计、研发等领域具有突出的竞争优势。智勇者思维车、平衡车是自主开发的一款利用动态平衡原理控制行驶的智能机器人。该产品已在全球多个国家销售,深受好评。 智勇者思维车平衡车简介 智勇者平衡车工作原理 电动平衡车也叫平衡车、体感车、思维车等,自动平衡运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”(Dynamic Stabilization)的基本原理上,也就是车辆本身的自动平衡能力。以内置的精密固态陀螺仪(Solid-State Gyroscopes)来判断车身所处的姿势状态,透过精密且高速的中央微处理器计算出适当的指令后,驱动马达来做到平衡的效果。正确打开电源且能保持足够运作的电力,车上的人就不用担心有倾倒跌落的可能,这与一般需要靠驾驶人自己进行平衡的滑板车等交通工具大有不同 由于的思维车平衡车的两轮结构,使得它的重心在上、支点在下,故在非控制状态(或静态)下为一不稳定系统。然而,可以利用倒立摆系统的控制原理,通过微处理器的控制使它能够如倒立摆一样稳定在一个平衡位置处,并能在保持平衡的状态下按照使用者的指令要求正常运行。两轮自平衡电动车实际上是一级直线式倒立摆和旋转式倒立摆的结合体,它的控制原理与倒立摆系统的基本一致。更形象地说,自平衡电动车的工作原理更像人行走的过程。 对于人而言,当人体的重心向前倾斜并失去平衡时,人通过自身的感觉器官能够察觉到自己身体的倾斜(角度),于是他会做出一个反应——向前迈出一步来防止自己摔倒在地上。如果身体一直前倾,为了保持平衡,人就会一步又一步地往前走。因此,如果将两个由电机驱动的车轮看成人的双腿,再加上能够测量车体相对于水平面倾角大小和速度的传感器,最后通过微处理器的控制便能够实现车体自平衡的效果。因而当人站在车上时,只要将身体带动车体一起往前倾(或后倾)就可以实现电动车载人前进(或后退)智勇者思维车平衡车是新一代的节能、环保、便携的代步工具。充电2个小时,可以行驶25km,短途代步非常方便,可以代替公交和地铁。在环境污染日益严重的背景下,平衡车作为一种新型环保的代步工具,可以有效缓解资源的消耗和空气污染。 智勇者思维车平衡车同时也是户外休闲锻炼时理想工具。阳光、郊外、平衡车,快乐惬意,乐享生活。 主要产品型号

对力学变分原理发展的一些回顾

对力学变分原理发展的一些回顾 ——严正驳斥何吉欢的造谣诽谤 刘高联 I)引言 从一月底开始,何吉欢匿名(不断变换着各种化名,如阿正、阿山、阿长江、东施等,有时也用本名)在互联网上对我、廖世俊、黄典贵等教授以及国家自然科学基金委和上海交大进行了大量的造谣诬蔑和人身攻击。只要是对他的学术错误、道德作风、申请奖励或基金等有过不同意见,你都会立即遭到他的恶意攻击,无一幸免,他完全是一套流氓势派。近5年来,何吉欢炮制了大量文章,其数量之滥、逻辑之混乱、错误之奇、手法之‘巧’,实在让我们大开眼界,不愧为造文章之圣手!就因为我最清楚他的品学底细,又不肯同他同流合污,因而就成了他欺世盗名、立地升天的唯一障碍,必欲去之而后快。于是竟搞起了恶人先告状的勾当,妄想通过互联网进行造谣诽谤宣传把我搞臭,他就可以自由飞升了。且慢,何吉欢自吹的‘伟大’发现(发现了Lagrange乘子的逻辑矛盾等)、践踏热力学第二定律、声称建立了国际上最好的变分原理等,都可以从他在国内外的‘巨著’白纸黑字中进行检验的,而他诬蔑我的剽窃也是有历史可查的,不是由他说了就算的。现在就让我们来看看事实。 II)连续介质力学变分原理简史 引入缩写:VP—变分原理;GVP—广义变分原理;SGVP—亚广义变分原理;GGVP—GVP的普遍形式;PDE—偏微分方程。

A)弹性力学: 1865、1873:Cotterill & Castigliano提出了弹性静力学最小势能、余能原理1914、1950:Hellinger & Reissner提出弹性静力学广义VP 1954、1955:胡-鹫(胡海昌-Washizu)广义VP 1979(1964):钱伟长用拉氏乘子法首先将最小势(余)能VP推广到GVP(机械工程学报,1979年第2期) 1983:钱伟长,高阶拉氏乘子法(应用数学和力学,1983年第2期) B)流体力学 1882:Helmholtz粘性缓流最小耗散VP 1929:Bateman势流的VP 1955、1963:Herivel-Lin欧拉型GVP(林氏约束) 1979(1976):刘高联,旋成面叶栅正命题VP与GVP(力学学报,1979年第4期)全国叶轮机气动热力学交流会(1976年5月,北京) 1980(1978):刘高联,旋成面叶栅杂交命题GVP(Scientia Sinica, 1980, No. 10)1984:钱伟长,粘性VP(用权余法从PDE导VP)(应用数学和力学,1984年第3期) 1985:胡海昌,关于拉氏乘子及其它(力学学报,1985年第5期) III)建立与PDE对应的VP的方法: A)数学方法: 1)Vainberg定理:对N - f = 0 VP存在性要求N对称,即为有势算子(充分,但非必要)

弹性力学第十一章弹性力学的变分原理

第十一章 弹性力学的变分原理 几何可能的位移 虚位移 虚功原理 最小势能原理 瑞利-里茨 (Rayleigh-Ritz) 法 伽辽金(Γa∏epκuH )法 最小余能原理 平面问题最小余能近似解 基于最小 势能原理的近似计算方法 基于最小余能原理的近似计算方法 有限元单元分析 一、内容介绍 由于偏微分方程边值问题的求解在数学上的困 难,因此对于弹性力学问题, 只能采用半逆解方法得到个别问题解答。 一般问题的求解是十分困难的, 甚至是 不可能的。因此,开发弹性力学的数值或者近似解法就具有极为重要的作用。 变分原理就是一种最有成效的近似解法,就其本质而言,是把弹性力学的基 本方程的定解问题, 转换为求解泛函的极值或者驻值问题, 这样就将基本方程由 偏微分方程的边值问题转换为线性代数方程组。 变分原理不仅是弹性力学近似解 法的基础,而且也是数值计算方法,例如有限元方法等的理论基础。 本章将系统地介绍最小势能原理和最小余能原理, 并且应用变分原理求解弹 性力学问题。最后,将介绍有限元方法的基本概念。 本章内容要求学习变分法数学基础知识,如果你没有学过上述课程,请学习 附录3或者查阅参考资料。 知识点 静力可能的应力 弹性体的功能关系 功的互等定理 弹性体的总势能 虚应力 应变余能函数 应力变分方 程 最小余能原理的近似解 法 扭转问题最小余能近似解 有限元原理与变分原理 有限元原理的基本概念 有 限元整体分析

、重点 1几何可能的位移和静力可能的应力;2、弹性体的虚功原理;3、最小势能原理及其应用;4、最小余能原理及其应用;5、有限元原理的基本概念。 §11.1弹性变形体的功能原理 学习思路: 本节讨论弹性体的功能原理。能量原理为弹性力学开拓了新的求解思路,使 得基本方程由数学上求解困难的偏微分方程边值问题转化为代数方程组。而功能关系是能量原理的基础。 (Tt UJ C 首先建立静力可能的应力「:,和几何可能的位移’概念;静力可能的应力 和几何可能的位移;可以是同一弹性体中的两种不同的受力状态和变形状态,二者彼此独立而且无任何关系。 建立弹性体的功能关系。功能关系可以描述为:对于弹性体,外力在任意一组几何可能的位移上所做的功,等于任意一组静力可能的应力在与上述几何可能的位移对应的应变分量上所做的功。 学习要点: 1、静力可能的应力; 2、几何可能的位移; 3、弹性体的功能关系; 4、真实应力和位移分量表达的功能关系。 1、静力可能的应力 假设弹性变形体的体积为V,包围此体积的表面积为S。表面积为S可以分为两部分所组成:一部分是表面积的位移给定,称为S u;另外一部分是表面积的面力给定,称为S O如图所示

平衡车原理和扑街解释

平衡车原理和扑街解释 摘要: 说到仆街的原因或者原理,必须从平衡车的原理说起。本文为 buaa_dingo 原创一、自平衡基本原理所有前后方向具有自平衡功能的车辆,双轮或者独轮,都是基于倒立摆原理。自平衡车实际上是一个比较 ... 说到仆街的原因或者原理,必须从平衡车的原理说起。本文为buaa_dingo原创 一、自平衡基本原理 所有前后方向具有自平衡功能的车辆,双轮或者独轮,都是基于倒立摆原理。自平衡车实际上是一个比较简单的单级倒立摆系统,只是由于有驾驶员的操纵,为这个简单的单级倒立摆系统引入了一些非线性因素,但是也并不复杂。 简单文字描述如下: 1)最简单的自平衡车系统,包括控制器、姿态传感器和执行器(电机),以及必要的电源(电池)和结构零件(让小车组合在一起具备功能)。其中,控制器能够测量姿态传感器输出的姿态信息,并比较精确地控制电机运转;姿态传感器可以每秒输出100-500次姿态数据(俯仰、滚转、方向);执行器(电机)可以提供整车运动的动力。 2)当驾驶者向前倾斜身体时,会带动车子向前倾斜。此时控制器可通过姿态传感器感知到这个倾斜,并命令电机向前旋转。这样,驾驶者前倾的时候,车子也会往前走,从而“追上”打算往前倾倒的驾驶者,保持动态平衡。 3)当驾驶者身体向后仰时,会带动车子向后倾斜。此时控制器可通过姿态传感器感知到这个倾斜,并命令电机向后旋转。这样,驾驶者后仰的时候,车子也会往后走,从而“追上”打算向后倾倒的驾驶者,保持动态平衡。 4)控制器每秒钟执行100-500次2、3的过程,不停地测量车子姿态,不停地调整电机的转动方向和转速。这样就保持一个动态的平衡。不管驾驶者往前还是往后倾斜,车子都会自动“追上”驾驶者,保持平衡。 参考文献:

两轮平衡车说明书

双轮自平衡车 学校:德州学院 学生:唐文涛焦方磊李尧 指导老师:孟俊焕 时间:二О一四年7 月10日~10 月 6 日共12 周

中文摘要 两轮自平衡车是动态平衡机器人的一种。2008年我国奥运会的时候安全保卫工作使用过它,到今年两轮平衡车已经发展的相对成熟。在国家节能、降耗、环保、低碳、经济的方针政策下,两轮平衡车进行了资源整合、技术升级,在原来的两轮单轴式自平衡的基础上采取两轴双轮可折叠设计,两轮自平衡车具有运动灵活、智能控制、操作简单、驾驶姿势多样、节省能源、绿色环保、转弯半径为0等优点。适用于在狭小空间内运行,能够在大型购物中心、国际性会议或展览场所、体育场馆、办公大楼、大型公园及广场、生态旅游风景区、大学校园、城市中的生活住宅小区等各种室内或室外场合中作为人们的中、短距离代步工具。也是集娱乐、代步、炫酷为一体的,主打形象是汽车伴侣解决停车后几公里内的代步问题。 两轮自平衡车主要由驱动电机、锂电池组、车轮、车身等组成。其工作原理:车体内置的精密固态陀螺仪来判断车身所处的姿势状态,透过精密且高速的中央微处理器计算出适当的指令后,驱动马达来做到平衡的效果。 关键词:陀螺仪,动态稳定,折叠,驱动系统,平衡。 English abstract Two rounds of self-balancing vehicle is one of the dynamic balance of the robot. In 2008 the Olympic Games security work used it in our country, in the year to balance two rounds of car has developed relatively mature. In the national energy saving, consumption reduction, environmental protection, low carbon, economic policies and regulations, the two rounds of balance of resource integration, technology upgrades, in the original two rounds of single shaft type taken on the basis of self balancing two shaft double folding design, two rounds of self-balancing vehicle movement, flexible, intelligent control, simple operation and driving posture diversity, save energy, green environmental protection, the advantages of turning radius of 0. Apply to run in narrow space, can in a large shopping center, the international conference and exhibition venues, sports venues, office buildings, large parks and square, ecological tourism scenic spot, the university campus, city life in residential quarters and other indoor or outdoor situations as the medium and short distance transport of people. Is entertainment, walking, cool as a whole, the main image is car partner solve the problem of parking within a few kilometers after walking. Two rounds of self-balancing vehicle is mainly composed of drive motor, lithium battery pack, wheel, body, etc. Its working principle: the body's built-in precision solid-state gyroscope to judge the body's position, through sophisticated and high-speed central microprocessor

第3章_弹性力学经典变分原理

第3章 弹性力学经典变分原理 3.1 弹性力学基础 3.1.1 变形分析 要研究物体变形首先要研究其位移如何来描述。在数学上,我们引进物质坐标和空间坐标的概念分别来描述物体上某一点的位置变动,具体说来,先取一Descartes 坐标系做参照系,变形前物体的构形为B ,其每个质点的位置可用一组我们称之为物质坐标的坐标值来表示;变形后物体的构形变成B ’,取另一个Descartes 坐标系做参照系,我们称之为空间坐标系。如下图,变形前任一点P在物质坐标系中的坐标为),,(321X X X ,变形后P 变化到Q 点在空间坐标系中的坐标为),,(321x x x 。 图3.1物质坐标系和空间坐标系 矢量PQ 表示了质点P 的位移,记为u 。为简单和方便起见,一般取两个参照系相重合,这时位移矢量u 的分量i u 可以用下式来表示 ,(1,2,3)i i i u x X i =-= (3.1.1) 其中变形后质点的坐标)3,2,1(=i x i 与变形前的坐标)3,2,1(=i X i 存在着确定的关系。我们可以把变形后质点的坐标看成是变形前质点物质坐标的函数,即 123(,,), (1,2,3)i i x x X X X i == (3.1.2) 也可以用其逆变换 (数学上要求Jacobi 行列式不为零) 来表述,也就是从变形后空间坐标描述的质点,来追涉变形前这一质点的坐标 123(,,),(1,2,3)i i X X x x x i == (3.1.3) 如果把位移u 看作是变形前坐标、即物质坐标的函数 123(,,), (1,2,3)i i u u X X X i == (3.1.4) 称之为Lagrange 描述。如果把位移u 看作是变形后坐标、即空间坐标的函数 123(,,),(1,2,3)i i u u x x x i == (3.1.5) 称之为Euler 描述。 我们取变形前P 点),,(321X X X 及相邻P’112233(d ,d ,d )X X X X X X +++,它们之间的长度平方为

线控两轮平衡车的建模与控制研究

线性系统理论 上机实验报告 题目:两轮平衡小车的建模与控制研究 完成时间:2016-11-29 1.研究背景及意义 现代社会人们活动范围已经大大延伸,交通对于每个人都十分重要。交通工具的选择则是重中之重,是全社会关注的焦点。 随着社会经济的发展,人民生活水平的提高,越来越多的小汽车走进了寻常百姓家。汽车快捷方便、省时省力,现代化程度高,种类繁多的个性化设计满足了不同人的需求。但它体积大、重量大、污染大、噪声大、耗油大、技术复杂、使用不便、价格贵、停放困难,效率不高,而且还会造成交通拥堵并带来安全隐患。相比之下,自行车是一种既经济又实用的交通工具。中国是自行车大国,短距离出行人们常选择骑自行车。自行车确实方便,但在使用之前需要先学会骑车,虽然看似简单,平衡能力差的人学起来却很困难,容易摔倒,造成人身伤害。另外,自行车毕竟不适宜长距离的行驶,遥远的路程会使人感到疲劳。 那么,究竟有没有这样一种交通工具,集两者的优点于一身呢既能像汽车一样方便快捷又如自行车般经济简洁,而且操作易于掌握,易学又易用。两轮自平衡车概念就是在这样的背景下提出来的。 借鉴目前国内外两轮自平衡车的成功经验,本文提出的研究目标是设计一款新型的、结构简单、成本低的两轮自平衡车,使其能够很好地实现自平衡功能,同时设计结果通过MATLAB进行仿真验证。

2.研究内容 自平衡式两轮电动车是一个非线性、强耦合、欠驱动的自不稳定系统,对其控制策略的研究具有重大的理论意义。我们通过分析两轮平衡车的物理结构以及在平衡瞬间的力学关系,得到两轮车的力学平衡方程,并建立其数学模型。运用MATLAB 和SIMULINK 仿真系统的角度θ、角加速度? θ、位移x 和速度的? x 变化过程,对其利用外部控制器来控制其平衡。 3.系统建模 两轮平衡车的瞬时力平衡分析如图1所示。下面将分析归纳此时的力平衡方程[1-3],并逐步建立其数学模型。 对两轮平衡车的右轮进行力学分析,如图2所示。 依据图2对右轮进行受力分析,并建立其平衡方程: =R R R R M X f H ? - (1) R R R R J C f R ??? =- (2) 同理,对左轮进行受力分析,并建立其平衡方程: =R L L L M X f H ? - (3) L L L L J C f R ??? =- (4) 两轮平衡车摆杆的受力分析如图3所示,由图3可以得到水平和垂直方向的平衡方程以及转矩方程。 水平方向的平衡方程: H H x R L p m +=? ? (5) 其中θsin L x x m p +=,则有: ? ?? ?? ?*+*-=θθθθcos sin 2 L L x x m p (6)

双轮自平衡车设计报告

双轮自平衡车设计报告 学院………….......... 班级…………………… 姓名………………..手机号…………………..姓名………………..手机号…………………..姓名………………..手机号…………………..

目录 一、双轮自平衡车原理 二、总体方案 三、电路和程序设计 四、算法分析及参数确定过程

一.双轮自平衡车原理 1.控制小车平衡的直观经验来自于人们日常生活经验。一般的人通过简单练习就可以让一个直木棒在手 指尖上保持直立。这需要两个条件:一个是托着木棒的手掌可以移动;另一个是眼睛可以观察到木棒的倾斜角度和倾斜趋势(角速度)。通过手掌移动抵消木棒的倾斜角度和趋势,从而保持木棒的直立。这两个条 件缺一不可,让木棒保持平衡的过程实际上就是控制中的负反馈控制。 图1 木棒控制原理图 2.小车的平衡和上面保持木棒平衡相比,要简单一些。因为小车是在一维上面保持平衡的,理想状态下,小车只需沿着轮胎方向前后移动保持平衡即可。 图2 平衡小车的三种状态 3.根据图2所示的平衡小车的三种状态,我们把小车偏离平衡位置的角度作为偏差;我们的目标是通过 负反馈控制,让这个偏差接近于零。用比较通俗的话描述就是:小车往前倾时车轮要往前运动,小车往后倾时车轮要往后运动,让小车保持平衡。 4.下面我们分析一下单摆模型,如图4所示。在重力作用下,单摆受到和角度成正比,运动方向相反的回复力。而且在空气中运动的单摆,由于受到空气的阻尼力,单摆最终会停止在垂直平衡位置。空气的阻尼力与单摆运动速度成正比,方向相反。 图4 单摆及其运动曲线

类比到我们的平衡小车,为了让小车能静止在平衡位置附近,我们不仅需要在电机上施加和倾角成正比的回复力,还需要增加和角速度成正比的阻尼力,阻尼力与运动方向相反。 5 平衡小车直立控制原理图 5.根据上面的分析,我们还可以总结得到一些调试的技巧:比例控制是引入了回复力;微分控制是引入了阻尼力,微分系数与转动惯量有关。 在小车质量一定的情况下,重心位置增高,因为需要的回复力减小,所以比例控制系数下降;转动惯量变大,所以微分控制系数增大。在小车重心位置一定的情况下,质量增大,因为需要的回复力增大,比例控制系数增大;转动惯量变大,所以微分控制系数增大。 二.总体方案 ■小车总框图

两轮自平衡车

两轮自平衡车 算法:和大家的一样,一个倾角环,一个车速环。取得角度、角速度、车速、车位移四个量后经过运算送给PWM驱动电机。 硬件: 主控:atmega16; 角度传感器:角速度传感器(陀螺仪)ENC-03MB(直接接AD输入,未加硬件滤波)、加速度传感器MMA7260,二者kalman融合取得角度、角速度。PS:抄zlstone的,呵呵。 电机速度传感器:每个电机两个霍尔传感器(AB相)。 电机:型号不清楚,很常见的减速电机。额定电压6V,功率3W。 电机驱动:L298N 电源:变压器整流桥那种普通电源,几块钱一个。两个,电机、MCU分开供电。电机电源电压打到最高不接电机时15V多,接了电机5V多,汗。。 显示器:LCD1602B 遥控:电视红外遥控器

引用图片 (原文件名:20110110_0104.jpg) 引用图片 源代码WINAVR20100110+AVRStudio4.18ourdev_610434C8FD1C.rar(文件大小:104K)(原文件名:Balance.rar)原理图: atmega16最小系统版ourdev_610214M89OEI.pdf(文件大小:30K)(原文件名:M16迷你板电路图.pdf)

上位机,带波形、数据显示ourdev_610318TY8G24.rar(文件大小:48K)(原文件名:串口调试.rar) 车速未滤波之前波形(原文件名:车速未滤波之前波形.JPG)

车速10Hz低通滤波后波形(原文件名:车速10Hz低通滤波后波形.JPG) 视频在这里https://www.360docs.net/doc/5513782300.html,/v_show/id_XMjM1OTQ3NzU2.html 现在还不是很稳,我想有两个原因,一个是参数没调到最佳,调了好久,先这样吧。再有就是电源太烂了,电机是额定6V的可实际电压空载的时候才打到5伏多一点,在平衡的时候没测,肯定更低了。 陀螺仪ENC-03是直接接AD输入端的,因为按照datasheet上边的参考电路有过冲问题,这个问题有个帖子已经讨论过,很多人都是 围绕怎么补救这个问题,我来算一下为什么这样子,呵呵~如下: 高通滤波脉冲响应(原文件名:QQ截图未命名.jpg) 因为有这个问题,会给倾角数据造成影响,所以我就去掉了滤波,直接接到AD。这样1deg/s有0.67mv,10位AD参考电压是3.36V,最小才能测到3.28mv,小于4.8deg时就测不到了。本来担心这个问题,但试了下KALMAN滤波,真是强啊!角度很精确,就这么用了。 车体研究了好久,没有用钢化玻璃的设备,就一直没动工。有天去打水突然看到旁边有个大的三合板,呵呵,于是乎。。

对力学变分原理发展的一些回顾——严正驳斥何吉欢的造谣诽谤

对力学变分原理发展的一些回顾——严正驳斥何吉欢的造谣诽谤 刘高联 I)引言 从一月底开始,何吉欢匿名(不断变换着各种化名,如阿正、阿山、阿长江、东施等,有时也用本名)在因特网上对我、廖世俊、黄典贵等教授以及国家自然科学基金委和上海交大进行了大量的造谣污蔑和人身攻击。只要是对他的学术错误、道德作风、申请奖励或基金等有过不同意见,你都立即遭到他的恶意攻击,无一幸免,他完全是一套流氓势派。近5年来,何吉欢炮制了大量文章,其数量之滥、逻辑之混乱、错误之奇、手法之‘巧’,实在让我们大开眼界,不愧为造文章之圣手!就因为我最清楚他的品学底细,又不肯同他同流合污,因而就成了他欺世盗名、立地升天的唯一障碍,必欲去之而后快。于是竟搞起了恶人先告状的勾当,妄想把我搞臭,他就可以自由飞升了。且慢,何吉欢自吹的‘伟大’发现(发现了Lagrange乘子的逻辑矛盾等)、国际上最好的变分原理等,都可以从他在国内外的‘巨著’白纸黑字中进行检验的,而他污蔑我的剽窃也是有历史可查的,不是由他说了就算的。现在就让我们来看看事实。 II)连续介质力学变分原理简史

1865、1873:Cotterill & Castigliano提出了弹性静力学最小势能、余能原理 1914、1950:Hellinger & Reissner提出弹性广义VP 1954、1955:胡-鹫广义VP 1979(1964):钱伟长用拉氏乘子法首先将最小势(余)能VP推广到GVP(机械工程学报,1979年第2期) 1983:钱伟长,高阶拉氏乘子法(应用数学和力学,1983年第2期)B)流体力学 1882:Helmholtz粘性缓流最小耗散VP 1929:Bateman势流的VP 1955、1963:Herivel-Lin欧拉型GVP(林氏约束) 1979(1976):刘高联,旋成面叶栅正命题VP与GVP(力学学报,1979年第4期)全国叶轮机气动热力学交流会(1976年5月,北京)1980(1978):刘高联,旋成面叶栅杂交命题GVP(Scientia Sinica, 1980, No. 10) 1984:钱伟长,粘性VP(用权余法从PDE导VP)(应用数学和力学,1984年第3期) 1985:胡海昌,关于拉氏乘子及其它(力学学报,1985年第5期)III)建立PDE对应VP的方法:

基于单片机的两轮自平衡车控制系统设计

基于单片机的两轮自平衡车控制系统设计 文件排版存档编号:[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]

基于单片机的两轮自平衡车控制系统设计 摘要 两轮自平衡车是一种高度不稳定的两轮机器人,就像传统的倒立摆一样,本质不稳定是两轮小车的特性,必须施加有效的控制手段才能使其稳定。本文提出了一种两轮自平衡小车的设计方案,采用重力加速度陀螺仪传感器MPU-6050检测小车姿态,使用互补滤波完成陀螺仪数据与加速度计数据的数据融合。系统选用STC公司的8位单片机STC12C5A60S2为主控制器,根据从传感器中获取的数据,经过PID算法处理后,输出控制信号至电机驱动芯片TB6612FNG,以控制小车的两个电机,来使小车保持平衡状态。 整个系统制作完成后,小车可以在无人干预的条件下实现自主平衡,并且在引入适量干扰的情况下小车能够自主调整并迅速恢复至稳定状态。通过蓝牙,还可以控制小车前进,后退,左右转。 关键词:两轮自平衡小车加速度计陀螺仪数据融合滤波 PID算法Design of Control System of Two-Wheel Self-Balance Vehicle based on Microcontroller Abstract Two-wheel self-balance vehicle is a kind of highly unstable two-wheel robot. The characteristic of two-wheel vehicle is the nature of the instability as traditional inverted pendulum, and effective control must be exerted if we need to make it stable. This paper presents a design scheme of two-wheel self-balance vehicle. We need using gravity

科技活动 重力平衡车 教案

第三课重力平衡车 一、学习目标 1.了解重力平衡车的原理。 2.自己动手制作平衡车。 3.知道平衡车的原理。 4.体会到动手的快乐,让学生喜欢上科技。 二、教学的重点和难点 1.了解重力平衡车的原理。 2.制作重力平衡车模型,安装测试。 三、教具准备 重力平衡车实验包、两节电池、电池盒、螺丝刀。 四、时间安排: 2课时 五、教学过程 《一》、同学们我们在生活中看到过各种各样的小汽车,不同的的汽车有着不同的原理,它们是怎样运动的呢?今天老师和你们一起来制作一个重力平衡车。 《二》、准备材料学生以小组为单位,准备做重力平衡车需要的材料。 《三》、老师讲解电重力平衡车的原理和作用。 《四》、老师演示小电扇的制作过程,学生认真观察。 1.使用自攻丝和电机夹将电机固定在窗板图示位置。 2.在电池盒放入两节5号新电池,在带有开关的一面

粘贴双面胶,将电池盒粘贴在图示位置。 3.用自攻丝在图示位置固定角铁。 4.将车轴按照图示穿过角铁顶端的孔,在电机皮带轮 和车轴皮带轮之间套上皮带。 5.将车轴按照图示穿过角铁顶端的孔,在电机皮带轮 和车轴皮带轮之间套上皮带。 6.将车轴两端分别敲入平衡轮轴孔中,平衡轮旋转时 不能碰到窗板和电池盒。 7.使用接线插针将电机线和电池盒线连接,红线与红 线连接。连接后的导线不能碰到平衡轮或者地面。 8.将毛根穿过图示位置,在毛根端部缠绕皮带轮。 9.将眼睛贴粘在皮带轮上。 10.重力平衡车组装成功了,赶快向你的小伙伴们分享 成功的喜悦吧! 同学们制作完科技作品时,老师进行指导。 同学们展示自己的科技作品。 我组织学生在操场上比赛,看谁的制作的重力平衡车走的最远。 六、重力平衡车的原理 我们为什么能够站在地面上,而不是飘在空中?苹果从树上掉下来为什么会落在地面上?为什么我们向上抛一个东西,最终还是落在地面上? 因为在地面上的行人、汽车、房子、植物等都会受到地球的吸引力,这个吸引力就是受到的重力;物体受到的重力都是

独轮平衡车原理

独轮平衡车原理 独轮电动车是从独轮机器人演变而来其平衡问题的理论基础是移动的倒立摆,为高阶次、不稳定、非线性系统。该系统的动力学模型复杂,属于欠驱动系统。在静止状态下,车体受重力作用在车轮转动方向上不能维持平衡,必须通过运动调节才能实现平衡。因此,它是一个动态平衡系统,具有较强的理论研究价值。 控制平衡:自平衡独轮电动车系统其实就是单级倒立摆和旋转式倒立摆的结合体,它由车身和一个由电机驱动的车轮组成,其实物图和简化的模型示意图如图1(a)和图1(b)所示,是一个典型的不稳定系统。独轮车前进的方向是x轴正方向,车体纵垂线为y轴,正方向向上。当人和车体重心靠前,车身会向前倾斜,产生一个平衡角θ,为了保证人不摔倒,电机将驱动车轮向前运动,同理当人和车体重心靠后,电机将驱动车轮向后运动以保持平衡。

利用电机来加强改进平衡:在此基础上,自平衡电动独轮车加以改进,靠电机驱动的,采用陀螺仪与驱动电路控制保持不倒。把身体向前倾斜就可以启动。速度则是由身体的倾斜程度来控制的,想要加速则向前倾,减速则向后倾。 抛开人的主动操控,独轮平衡车保证正常工作一定离不开加速度传感器和角速度传感器(陀螺仪)。 加速度传感器:加速度传感器可以测量由地球引力作用或者物体运动所产生的加速度。只需要测量其中一个方向上的加速度值,就可以计算出车倾角。比如使用X轴向上的加速度信号,车直立时,固定加速度器在X轴水平方向,此时输出信号为零偏电压信号。当车发生倾斜时,重力加速度g便会在X轴方向形成加速度分量,从而引起该轴输出信号的变化。 但在实际车运行过程中,由于平衡车本身的运动所产生的加速度会产生很大的干扰信号叠加在上述测量信号上,使得输出信号无法准确反映真正的倾角。因此对于直立控制所需要的姿态信息不能完全由加速度传感器来获得 角速度传感器:陀螺仪可以用来测量物体的旋转角速度。平衡车上安装陀螺仪,可以测量车倾斜的角速度,将角速度信号进行积分处理便可以得到车的倾角。 平衡车的核心部件:谈到平衡我们就不得不说到陀螺仪,陀螺仪的原理就是,一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时,是不会改变的。人们根据这个道理,用它来保持方向,

自平衡车

一、基本原理[url=][/url] 本项目机器人是一辆简易型的双轮自主平衡小车,通过一个简单的机械式传感器获取小车的姿态,并通过调节小车前后运动方向,使得小车依靠两轮也能保持一个直立平衡。 1、运动机理[url=][/url] 双轮小车的自主平衡原理,其实就是不断的通过改变小车前后运动的方向,使小车的车身在竖直方向上保持一个动态的直立平衡。就类似杂技演员表演独轮车一样,需要不断的前后踩脚踏板使小车在前进和后退间不断变换,以保持一个平衡。 这个具体的平衡原理如下: 1、双轮自平衡小车一般长得都比较“高”,也就是重心位置比较高,位于车身底部的两个车轮是平行安装的,默认静止状态小车是无法保持一个直立的状态的。 2、如果车轮带动小车前进,小车下半身会比上半身先获得前进的加速度,即启动的瞬间小车的下半身前进而上半身静止,则会出现小车趋向后仰的状态。就类似汽车突然加速,我们身体会感到一个后仰的趋势。 3、如果车轮带动小车后退,小车下半身会比上半身先获得后退的加速度,即启动的瞬间小车的下半身后退而上半身静止,则会出现小车趋向前倾的状态。就类似汽车突然刹车(后退),我们身体会有一个前倾的趋势。 4、由于小车重心较高,如果小车前进--后仰,或者小车后退--

前倾,随着小车的继续运动,这个后仰或者前倾的趋势会越来越大,必须及时纠正,否则小车就会倾倒下去。 5、如果小车前进中,有了后仰的趋势,达到一定程度后,可以让小车变成后退,让小车后退产生的前倾趋势去纠正原来前进时后仰的趋势;如果小车后退中,有了前倾的趋势,达到一定程度后,让小车变成前进,让小车前进产生的后仰趋势去纠正原来后退时前倾的趋势。如此往复循环,使小车保持一个直立的动态平衡状态。 [/url] 2、控制原理[url=][/url] 根据以上平衡原理,我们的双轮自平衡小车的具体运动控制过程如下: 1、车身后仰,则让小车后退,车身恢复直立;

平衡车控制

两轮自平衡机器人控制系统的设计(转) 2008年06月27日星期五 20:45 1 引言 近年来,随着移动机器人研究不断深入、其应用领域更加广泛,面临的环境和任务也越来越复杂。有时机器人会遇到比较狭窄,而且有许多大转角的工作场合,如何在这样的环境里灵活快捷的执行任务,成为人们颇为关心的一个问题。两轮自平衡机器人概念就是在这样的背景下提出来的,这种机器人两轮共轴、独立驱动,车身重心倒置于车轮轴上方,通过运动保持平衡,可直立行走。由于特殊的结构,其适应地形变化能力强,运动灵活,可以胜任一些复杂环境里的工作。以前对于两轮自平衡机器人的运动控制的研究,理论上取得了许多开创性的进展,但这样的算法依赖于精确的模型和完整的信息,大多停留在理论研究和仿真的阶段实际,应用中并不多见。大部分实际应用的移动机器人左右轮的运动控制都是基于双闭环的电机控制,直接将电压作为控制量,利用模拟电子电路进行控制[1]。这样控制策略存在着精度低、可靠度差、效率低等缺点。 本文针对两轮自平衡机器人在实际应用中存在的问题,应用最优控制及两轮差动等控制方法设计了控制器,提出了针对两轮自平衡机器人平衡和行进的新策略。为了提高两轮自平衡机器人的控制效果,利用基于DSP数字电路的全数字智能伺服驱动单元IPM100分别精确控制左右轮电机,并利用上位机实时控制机器人的运动状态,提高了控制精度、可靠度以及集成度,最终得到了很好的控制效果。 2 两轮自平衡机器人的动力学模型 两轮自平衡机器人的结构主要由车身和双轮构成,机器人两轮参数(质量、转动惯量、半径)相同、共轴、独立驱动,车身重心倒置于车轮轴上方,通过运动保持平衡,可直立行走。车轮不但受电机的输出转矩、地面支持力、摩擦力的影响,同时还通过电机轴受到机器人车身作用力[2][3]。机械结构如图1所示: 图 1两轮自平衡机器人机械结构图 分别以车轮、车身为研究对象,分别列出车轮、车身方程,左右两轮具有对

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