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长安大学电子与控制工程学院;2023年12月19日生效备案许可(备案日期:20231130):陕西云瑞创智科技有限公司;许可预计年底到期
【 中文摘要 】本发明公开了一种双电机电动滑板车控制方法及其系统,采用陀螺仪测量电动滑板车运行的状态,针对不同的情况,实现对力矩的合理分配,实现精准的控制。在转向的时候,允许电机在负载不同的情况下,实现电动滑板车自适应差速转弯性能,减少了能量损耗,提高了系统的续航能力,通过将陀螺仪测量角度中所对应方向的测量值作为,将产生的速度补偿给到转矩调节分配器中,即将对系统影响最大的角度值的补偿值直接给到转矩调节分配器中,加快了系统的调节作用。将对系统影响较小的两个角度值的补偿值给到给定速度的PI调节器中,对系统进行缓慢调节。通过转矩调节分配器的合理分配之后,能够根据各种路况进行自适应调节。
【 英文摘要 】The invention discloses a double-motor electric scooter control method and system. An operation state of an electric scooter is measured by using a gyroscope; and for different situations, moment reasonable distribution is realized, and accurate control is realized. During steering, a motor is allowed to realize electric scooter self-adaptive differential turning performance in the case of different loads so that the energy loss is reduced and the endurance of the system is improved; by using a measured value, in the corresponding direction, in gyroscope measured angles as Thetai1 and compensating a generated speed to a torque adjusting distributor, a compensated value of an angle value with greatest effect on the system is directly given to the torque adjusting distributor so that the adjusting effect of the system is accelerated. Compensated values of two angle values with smallest effects on the system are given to a PI adjuster with a given speed to slowly adjust the system. Afterreasonable distribution of the torque adjusting distributor, self-adaptive adjusting can be performed according to various road conditions.
交通运输 | 电动车辆 | 双电机电动代步车 |
计算控制 | 控制方法 | 控制方法 |
技术功效句 | 能够在复杂的倾斜转弯路面平稳的运行; 加快了系统的调节作用; 实现电动滑板车自适应差速转弯性能; 具有效率高、寿命长、可精准控制的优点; 使系统稳定运行; 保证系统平稳的运; 实现精准的控制; 减少了能量损耗; 使得系统能够稳定的运行; 提高了系统的续航能力; 使得系统能够根据路面倾斜状况自动分配转矩; 使系统能够平稳的运行; 使系统更加稳定 |
技术功效短语 | 复杂倾斜; 加快系统调节; 实现自适应转弯性能; 精准控制; 效率高; 稳定运行; 平稳的运; 实现精准控制; 减少能量损耗; 平稳运行; 平稳转弯; 提高续航能力; 复杂转弯; 自动分配; 寿命长; 系统稳定 |
技术功效1级 | 复杂性; 速度; 转弯; 精准性; 效率; 稳定性; 损耗; 能力; 自动化; 寿命 |
技术功效2级 | 复杂性降低; 速度提高; 转弯; 精准性提高; 效率提高; 稳定性提高; 损耗降低; 能力提高; 自动化提高; 寿命提高 |
技术功效3级 | 倾斜复杂性降低; 系统调节速度提高; 实现自适应性能转弯; 可控性精准性提高; 效率提高; 运行稳定性提高; 运稳定性提高; 实现可控性精准性提高; 能量损耗降低; 转弯稳定性提高; 续航能力提高; 转弯复杂性降低; 分配自动化提高; 长寿命提高; 系统稳定性提高 |
技术功效TRIZ参数 | 36-系统的复杂性;09-速度;39-生产率;13-稳定性;23-物质损失;38-自动化程度;27-可靠性; |
主分类号 |
|
IPC分类号 | |
CPC分类号 | B60L15/20; B60L15/28; B60L15/32; B60L2200/12; B60L2220/42; B60L2240/22; B60L2240/32; B60L2240/421; B60L2240/423; B60L2240/429; Y02T10/72; |
2019-10-08
申请日
CN201910950428.5(当前专利)
申请号
2020-01-03
首次公开日
CN110641291A
首次公开号
2021-01-01
授权公告日
CN110641291B(当前专利)
授权公告号
2039-10-08
预估到期日
计算因素
代理机构 | 西安通大专利代理有限责任公司 61200 |
代理人 | 高博 |
申请语言 | 汉语 |
审查员 | 周小燕 |
1.一种双电机电动滑板车控制方法,其特征在于,将实际行驶过程中陀螺仪测出的横滚角θi1、俯仰角θi2、航向角θi3与水平路面上陀螺仪测出的三轴角度为θi1*、θi2*、θi3*进行做差,将差值经过一个PI调节器,产生三个速度补偿ωc1,ωc2,ωc3;再将系统速度的给定值与实际的电机转速值以及速度补偿值ωc2,ωc3经过运算之后得到一个差值esr=(ω*-ωi)+ωc2+ωc3,将差值esr经过一个PI调节器得到系统给定的参考电流值I*,水平路面行驶时,陀螺仪所测量的三轴角度|θi1-θi1*|<Cm1,|θi2-θi2*|<Cm2,|θi3-θi3*|<Cm3;Cm1,Cm2,Cm3为水平条件下误差的最大值,给定水平路面行驶的参考电流I1*为:
I1*=(ω*-ωi)*Kp+(ω*-ωi)*Ki其中,ω*为给定参考速度,ωi为测量速度,Kp为比例常数,Ki为积分常数,当两个电机的速度均未达到设定的最小转速ω*min或两个电机的转速差小于其平均转速的1%或陀螺仪测量的三轴角度|θi1-θi1*|<Cm1,|θi2-θi2*|<Cm2,|θi3-θi3*|<Cm3时,采用转矩平衡分配模式;
然后将陀螺仪测量角度中||θi1-θi1*|,|θi2-θi2*|,|θi3-θi3*||max所对应方向的测量值作为θi1,将产生的速度补偿ωc1给到转矩调节分配器,将参考电流值和速度补偿ωc1经转矩调节分配器进行合理分配,使电机实现差速平稳转向;
将合理分配后的电流,经电流调节器,使电流跟随给定电压变化,然后经PWM控制器,产生一系列PWM波来对电机的速度进行控制;同时电机将工作时的电流反馈回电流调节器,形成了一个闭环控制系统,对电机转子的位置进行检测,将检测后的位置参数反馈给PWM控制器,形成一个位置反馈的闭环系统,同时将位置参数经过电流检测反馈给转矩分配调节器,形成了一个速度反馈的闭环系统,实现对电机的控制。
2.根据权利要求1所述的双电机电动滑板车控制方法,其特征在于,当给定的电机转速大于电机的实际转速且给定电机转速与实际电机转速差的绝对值大于限定误差C时,增加给定水平路面行驶的参考电流值I1*;当给定的电机转速小于电机的实际转速且给定电机转速与实际电机转速差的绝对值大于限定误差C时,减小给定水平路面行驶的参考电流值I1*。
3.根据权利要求1所述的双电机电动滑板车控制方法,其特征在于,两个电机的转矩相同:
I1=I2=0.5I1*。
4.根据权利要求1所述的双电机电动滑板车控制方法,其特征在于,在非水平路面或转弯路面行驶时,陀螺仪所测量的三轴角度|θi1-θi1*|≥Cm1、|θi2-θi2*|≥Cm2、|θi3-θi3*|≥Cm3;
给定非水平路面或转弯路面行驶时的参考电流I2*为:
I2*=[(ω*-ωi)+ωc2+ωc3]*Kp+[(ω*-ωi)+ωc2+ωc3]*Kiωc2=(θi2*-θi2)*Kp2+(θi2*-θi2)*Ki2ωc3=(θi3*-θi3)*Kp3+(θi3*-θi3)*Ki3其中,ω*为给定参考速度,ωi为测量速度,ωc2,ωc3为补偿速度,θi2*,θi3*为水平条件下陀螺仪三轴角度中偏差最小的两个测量值,θi2,θi3为陀螺仪测量的三轴角度中偏差最小的两个值,Kp2为补偿速度ωc2的比例常数,Ki2为补偿速度ωc2的积分常数,Kp3为补偿速度ωc3的比例常数,Ki3为补偿速度ωc3的积分常数,Kp为给定参考电流I2*的比例常数,Ki为给定参考电流I2*积分常数。
5.根据权利要求4所述的双电机电动滑板车控制方法,其特征在于,在转弯路面行驶时,θi1测得的角度为三轴陀螺仪的横滚角,θi2,θi3所测得的角度为三轴陀螺仪的俯仰角跟航向角;
当θi1<-Cm1+θi1*,电动滑板车为左转向:
当θi1>Cm1+θi1*,电动滑板车为右转向:
ωc1=(θi1*-θi1)*Kp1+(θi1*-θi1)*Ki1其中,I2*为给定非水平路面或转弯路面行驶时的参考电流,ωc1为补偿速度,k为比例常数;θi1*为水平条件下三轴陀螺仪所测量的横滚角,Kp1为补偿速度ωc1的比例常数,Ki1为补偿速度ωc1的积分常数。
6.根据权利要求4所述的双电机电动滑板车控制方法,其特征在于,在倾斜路面行驶时,θi1测得的角度为三轴陀螺仪的俯仰角,θi2,θi3测得的角度为三轴陀螺仪的横滚角跟航向角;
当θi1<-Cm1+θi1*,电动滑板车处于上斜坡状态:
I1=I2=f(I2*,θi1)=0.5*I2*+k*ωc1当θi1>Cm1+θi1*,电动滑板车处于下斜坡状态:
I1=I2=f(I2*,θi1)=0.5*I2*-k*ωc1其中,I2*为给定非水平路面或转弯路面行驶时的参考电流,ωc1为补偿速度,k为比例常数;
ωc1=(θi1*-θi1)*Kp1+(θi1*-θi1)*Ki1其中,θi1*为水平条件下三轴陀螺仪所测量的俯仰角,Kp1为补偿速度ωc1的比例常数,Ki1为补偿速度ωc1的积分常数。
7.根据权利要求4所述的双电机电动滑板车控制方法,其特征在于,在倾斜路面转弯行驶时,θi1测得的角度为三轴陀螺仪的俯仰角,θi2,θi3测得的角度为三轴陀螺仪的横滚角和航向角;
当θi1<-Cm1+θi1*且θi2<-Cm2+θi2*,电动滑板车处于上斜坡且左转状态:
当θi1>Cm1+θi1*且θi2<-Cm2+θi2*,电动滑板车处于下斜坡且左转状态:
当θi1<-Cm1+θi1*且θi2>Cm2+θi2*,电动滑板车处于上斜坡且右转状态:
当θi1>Cm1+θi1*且θi2>Cm2+θi2*,电动滑板车处于下斜坡且右转状态:
8.一种电动滑板车控制系统,其特征在于,利用权利要求1所述的双电机电动滑板车控制方法,包括:
控制部分:采用STM32F103ZET6作为主控芯片;
传感器部分:采用陀螺仪采集车身偏移的角度;
供电部分:采用充电模块和蓄电池对电池充电和系统各部分的供电;
主电路部分:功率驱动器和两台霍尔无刷电机;
上位机部分:手机和PC端,手机通过无线蓝牙进行信息传输和传送指令;PC端通过串口通信用于程序的烧写和系统的调试;
功能模块包括转蓝牙模块、限流控制模块、三相逆变器和电机启动模块,将蓝牙模块连接到主控芯片开发板的USART串口上,蓝牙模块接收手机APP所发出的指令,对电机的速度进行调节,由陀螺仪所传回的数据判断电机的状态,当|θi1-θi1*|≥Cm1或|θi2-θi2*|≥Cm2或|θi3-θi3*|≥Cm3时,表示电动滑板车行驶在非水平路面或转弯路面,根据转矩分配实现差速转向。
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