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两轮自平衡电动车是一种新能源、小型化、智能化的个人交通工具,同时也是一个多变量、强耦合、高阶的、非线性的一个倒立摆控制系统,为研制高性能、低成本的两轮自平衡电动车,本研究在对目前国内外研究现状分析的基础上,以直线一级倒立摆平衡原理为基础,建立和分析了两轮自平衡电动车的数学模型,并对两轮自平衡电动车实验样车、控制器和驱动的设计和实现进行了如下研究和探索: (1)研究和分析了两轮自平衡电动车的系统组成、主要零部件,依据兼顾性能和成本原则,给出了一套两轮自平衡电动车实验样车设计方案。方案中采用了轮机一体化的轮毂驱动式无刷直流电机,这是其他两轮自平衡电动车或机器人研究尚未采用的方案。有效降低了系统复杂度、提高了传动效率,同时达到降低成本目的。按照设计方案购买了各个零部件,加工和组装了一部实验样车,并推导出实验样车的数学模型,在MATLAB中进行了可观性和可控性分析。 (2)以MC33035、MC33039、MP3003为主要器件,设计和制作了无刷直流电机控制驱动电路。 (3)研究和分析了PID控制方法和模糊控制方法的理论以及各自的优缺点,决定综合使用两种控制方法,设计了模糊PID控制器,通过模糊控制实现了对PID控制参数的整定,并在ADAMS中为实验样车进行机械建模,在MATLAB中分别搭建了PID控制器和模糊PID控制器,进行了PID控制器和模糊PID控制器的对比仿真实验。 (4)在PIC18F4580上分别对所设计的PID控制器和模糊PID控制器进行了软件实现,在实验样车上进行了实测对比实验。 仿真与实测实验结果均表明: (1)所设计的模糊PID控制器控制效果优于PID控制器。 (2)所设计的两轮自平衡电动车实验样车、电机控制驱动电路、模糊PID控制器能够满足两轮自平衡电动车实验样车的使用要求。