如何通过陀螺传感器和PID算法实现两轮车的平衡

两轮自平衡机器人的控制系统不仅需要实时的倾角信号，还需要角速度来给出控制量。理论上可以通过推导加速度计测得的倾角来得到角速度，但实际上这样得到的结果远低于陀螺仪测得的结果，具有动态性能好的优点。

(1)陀螺仪的直接输出值是相对于敏感轴的角速率，角速率可以用时间积分得到绕敏感轴旋转的角值。由于系统采用微控制器循环采样程序获取陀螺角速率信息，即每隔一小段时间采样一次，因此采用累积法实现积分函数计算角度值。

(2)利用陀螺仪测量角速度信号，通过对角速度积分可以得到角度值。但是，由于温度变化、摩擦、不稳定力矩等因素，陀螺会产生漂移误差。但是，无论常值漂移多小，通过积分都会得到无穷大的角度误差。因此，陀螺仪不能单独作为自平衡车的角度传感器。

2.倾斜传感器的作用

(1)倾斜传感器中的加速度计可以测量动态和静态线性加速度。静态加速度的典型例子是重力加速度，用加速度计数直接测量物体的静态重力加速度就可以确定倾斜角。

当加速度传感器静止时，加速度传感器只输出作用在加速度敏感轴上的重力加速度的值，即重力加速度的分量值。根据重力加速度在各轴上的分量值，可以计算出物体在垂直和水平方向上的倾斜角度。

(2)加速度计动态响应慢，不适合跟踪动态角运动；如果你期望很快得到回应，那就会引起很大的噪音。再加上其测量范围的限制，单独使用加速度计来检测车身的倾斜度是不合适的，需要和其他传感器配合使用。

3.原则

其工作原理主要基于一个叫做“动态稳定性”的基本原理。利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器来检测车体姿态的变化，通过伺服控制系统精确驱动电机做出相应的调整来维持系统的平衡。