SCI-TECHINNOVATION&PRODUCTIVITYNo.2Feb.2023，TotalNo.349[基金项目]东北林业大学国家级大学生创新创业计划资助项目（202210425642）收稿日期：2022－06－17；修回日期：2022－07－07作者简介：孟剑新（2001—），男，四川达州人，在读本科，主要从事电气工程及其自动化研究，E-mail：2246533247@qq.com.。通信作者：李丹丹（1981—），女，河南遂平人，在读博士，讲师，主要从事自动控制与仿真研究，E-mail：lidandan@nefu.edu.cn。基于角动量轮控制的无人驾驶自行车的实现孟剑新，张海若，栗昊，李丹丹摘要：针对无人驾驶自行车自平衡问题，提出了一种通过角动量守恒定律设计的角动量轮来使无人驾驶自行车能够长久地保持静态平衡。对自行车倾侧时进行动力学分析，确定角动量轮的最终控制方案。驱动系统方面，本文采用了M4内核32位的STM32F407ZGT6芯片，使用Odrive直接控制角动量轮转速。使用由三轴加速度计、三轴陀螺仪和一款微控制器集成的CH100姿态传感器获取自行车姿态信息；使用一阶低通滤波减少电机抖动对CH100陀螺仪测量数值的影响；使用二阶巴特沃斯滤波和卡尔曼滤波融合滤波将高频抖动滤波除去。最终调试的角动量轮静止平衡参数KP、KI、KD、最大输出、最大积分分别为-120、-1.0、-3000、28、10；直线行进参数KP、KI、KD、最大输出、最大积分分别为-100、0、-500、28、10；舵机控制参数KP、KI、KD、最大输出、最大积分分别为90、0、0、80、0。在Odrive参数中，角动量角轮的vel_ramp_rate为40，电机的vel_ramp_rate为8；角动量轮的vel_gain为0.035、电机的vel_gain为0.15。关键词：角动量守恒定律；二阶巴特沃斯滤波；卡尔曼滤波中图分类号：TP242文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2023.02.100（东北林业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150040）文章编号：1674-9146（2023）02－100－05无人驾驶自行车研究对机器人直立控制、智能控制、军事侦察等领域都有重要的意义。由于无人驾驶自行车静态平衡性差，因此无人驾驶自行车平衡控制领域是无人驾驶自行车的研究重点。庄未等[1]着重研究车把前倾角对自行车做圆周运动的影响，使用Chaplygin方程建立自行车动力学模型，并基于部分反馈线性化设计控装器。其对90°圆周运动控制器的试验和仿真结果表明：车把前倾角的增大，自行车的运动稳定性和自我调节性变差，但是减小前轮的力矩，能够扩大前轮电机的选择范围。SaeedHashemnia等[2]建立了一种基于Lyapunov规则的模糊控制器，构建了...
