1、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
2、平衡角 ，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
3、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，制造出来的东西就叫陀螺仪。我们骑自行车其实也是利用了这个原理 轮子转得越快越不容易倒，因为车轴有一股保持水平的力量。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。
