单个福来轮的平衡与侧向滑动是如何做到的？

Question

不理解福来轮的工作原理，有没有人能给详细解释。为什么能控制平衡，如何能做到侧向滑动。

Answer 1

引自强大而免费的微信小程序：皆我百晓生。

1. 福来轮的工作原理

福来轮是一种单轮双重陀螺稳定控制系统，基于倒立摆原理实现平衡控制。它由一个电机驱动轮和一个安装在轮上的陀螺控制系统组成。

1.1 倒立摆原理

倒立摆是指一个杆或物体安装在一个可滑动轴上，使得杆保持倒立姿态。当倒立摆倾斜时，其重心会改变，导致杆倾斜更加严重。倒立摆通过调整杆的倾斜角度来维持平衡，通过对倾斜角度的反馈控制，可以使得杆始终保持直立状态。

1.2 福来轮的倒立摆

福来轮的轮子本质上就是一个倒立摆系统。电机驱动轮可以根据倒立摆的倾斜程度产生动力，而陀螺控制系统通过调整电机的转速来控制倒立摆的倾斜角度。通过持续调整电机转速使得倾斜角度维持在较小范围内，福来轮能够实现平衡。

2. 控制平衡的方法

福来轮通过传感器实时测量其倾斜角度、转速和加速度等参数，利用这些信息对电机进行控制，从而实现平衡。

2.1 传感器

福来轮通常使用加速度计和陀螺仪作为传感器。加速度计用于测量福来轮的加速度和倾斜角度，陀螺仪用于测量福来轮的转角速度。

2.2 控制算法

福来轮的平衡控制算法通常采用PID控制器或者模糊控制等方法。这些算法根据传感器测得的当前状态和目标状态之间的差异，计算出适当的控制输出来调整电机转速，以实现平衡。

2.3 PID控制器

PID控制器是一种常用的控制算法，它通过比较目标状态和当前状态的差异，计算出一个控制输出来驱动系统。PID控制器根据P（比例）、I（积分）和D（微分）三个参数，调整控制输出的强度和稳定性。

福来轮的平衡控制通常使用以下步骤：

2.3.1 测量角度和角速度

首先，通过陀螺仪测量福来轮的角速度，通过加速度计测量福来轮的倾斜角度。

2.3.2 计算误差

根据目标角度和测量到的角度计算误差值。如果福来轮倾斜，则误差为目标角度减去测量角度。如果福来轮没有倾斜，则误差为零。

2.3.3 计算控制输出

使用PID控制算法根据误差计算出控制输出。PID控制器的输出由三个部分组成：比例项、积分项和微分项。

2.3.4 调整电机转速

根据计算得到的控制输出，调整电机的转速。如果福来轮倾斜前进，电机转速增加；如果福来轮倾斜后退，电机转速减小。

2.3.5 循环控制

上述步骤会不断重复，使得福来轮能够实时调整电机转速以实现平衡。

3. 实现侧向滑动的方法

福来轮实现侧向滑动的关键在于通过倒立摆控制，使得轮子的倾斜角度产生侧向推力。具体来说，福来轮在倾斜时，采取的是转向倾斜的方法，让轮子的倾斜角度与期望的方向相反，这会使得轮子产生侧向推力，从而实现侧向滑动。

3.1 设置期望角度

为了实现侧向滑动，需要设置福来轮的期望角度，即希望福来轮倾斜的方向。通常情况下，希望福来轮的倾斜角度与期望的运动方向相反。

3.2 调整倾斜方向

在控制算法中，根据测量到的角度和期望角度之间的差异，计算出倾斜方向的调整量。通过调整倾斜方向，福来轮可以倾斜到期望的角度。

3.3 控制输出的调整

倾斜方向的调整会影响控制输出的计算。根据需要进行适当的调整，使得控制输出与倾斜方向相匹配。

3.4 调整电机转速

根据控制输出的调整量，调整电机的转速，从而实现倾斜角度的控制。

3.5 实现侧向滑动

通过不断调整电机转速，福来轮可以实现倾斜方向的控制，从而实现侧向滑动。

总结：福来轮通过倒立摆原理、传感器测量和控制算法等技术实现平衡控制，并通过调整倾斜方向和电机转速来实现侧向滑动。这些技术的组合在福来轮中协同工作，使得福来轮能够实现平衡和侧向运动。