CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Lời nói đầu 1

1.2 Thế nào là xe hai bánh tự cân bằng (two wheels self balancing) .2

1.3 Tại sao phải thiết kế xe hai bánh tự cân bằng .3

1.4 Ưu nhược điểm của xe hai bánh tự cân bằng 4

1.4.1 Ưu điểm của xe scooter tự cân bằng trên hai bánh .4

1.4.2 Nhược điểm của xe .4

1.5 Khả năng ứng dụng 5

1.6 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 5

1.6.1 Một số dạng xe hai bánh tự cân bằng dùng trên robot .5

1.6.2 Một số dạng scooter hai bánh tự cân bằng .9

1.7 Nhu cầu thực tế .14

CHƯƠNG 2 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN .15

2.1 Mục tiêu đề tài .15

2.2 Phương pháp nghiên cứu .15

CHƯƠNG 3 LÝ THUYẾT TIẾP CẬN 17

3.1 Phương pháp tính động lực học 17

3.2 Thuật toán điều khiển - Kỹ thuật điều khiển hiện đại 24

3.3 Các phương pháp xử lý tín hiệu từ cảm biến .29

3.3.1 Lọc bổ phụ thông tần (complementaty filter) 29

3.3.2 Lọc thích nghi - Bộ lọc Kalman .32

3.3.3 So sánh các bộ lọc với bộ lọc Kalman .40

3.4 Mô hinh lý thuyết động cơ DC 43

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG .45

4.1 Các thông số trong mô hình mô phỏng được xây dựng 45

4.2 Mô phỏng MatLAB 46

4.2.1 Giới thiệu về phần mềm MatLAB, công cụ Simulink .46

4.2.2 Kết quả tính bằng MatLAB 46

4.3 Mô phỏng VisualNastran và Simulink .48

4.3.1 Giới thiệu về phần mềm VisualNastran .48

4.3.2 Cách thực hiện mô phỏng bằng vN Desktop 4D 49

4.3.4 Kết quả mô phỏng 50

CHƯƠNG 5 THỰC HIỆN 54

5.1 Thiết kế cơ khí .54

5.1.1 Tóm tắt thiết kế 54

5.1.2 Tính toán sức bền .54

5.2 Mạch điện tử .59

5.2.1 Nguồn điện .60

5.2.2 Mạch công suất điều khiển động cơ 61

5.2.2.1 Bộ đệm (MOSFET driver) 61

5.2.2.2 MOSFET công suất – mắc bổ phụ 63

5.2.2.3 Mạch Snubber .66

5.2.2.4 MOSFET thắng .66

5.2.3 Cảm biến 66

5.2.3.1 Thiết bị đo góc gyro Murata ENC-03 .67

5.2.3.2 ADXL202A .68

5.2.3.3 Cảm biến đo vị trí- encoder .73

5.2.3.4 Cảm biến đo dòng hồi tiếp (Điện trở shunt) 75

5.2.4 Bộ xử lý trung tâm - vi điều khiển PIC 18F452 .76

5.2.4.1 Các khả năng của vi điều khiển Microchip PIC 18F452: .76

5.2.4.2 Mạch điều khiển trung tâm 79

5.2.5 Bảng điều khiển và hiển thị 80

5.2.6 Động cơ 80

5.2.7 Hình chụp các mạch điện tử 85

5.3 Giải thuật - Lưu đồ chương trình .88

5.3.1 Chương trình chính 88

5.3.2 Chương trình ngắt 89

5.3.3 Cập nhật encoder .91

5.3.4 Điều khiển động cơ 92

5.4 Kết quả .94

CHƯƠNG 6 CÁCH VẬN HÀNH 95

6.1 Cách sử dụng .95

6.2 Bảo dưỡng 97

CHƯƠNG 7 KẾT LUẬN .98

7.1 Những kết quả đạt được 98

7.2 Những kết quả chưa đạt được .98

7.3 Những vấn đề chưa giải quyết .99

7.4 Hướng phát triển 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO .100

PHỤ LỤC .102

1. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM VISUALNASTRAN .102

2. LỌC THÍCH NGHI – BỘ LỌC KALMAN 105

3. GYRO MURATA ENC-03 118

4. CẢM BIẾN GIA TỐC ACCELEROMETER ADXL202 .122

5. CHUẨN TRỰC CÁC CẢM BIẾN ĐO GÓC 128

6. TÍNH NĂNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC 18FXX2 13