自平衡双轮电动车具有技术新颖、体积小、操作灵活、驾驶方便等优点,近年来深受人们的喜爱。自平衡车是一个复杂的机电一体化系统,主要由驱动电路、电源、传感器、控制模块、机械车体等构成。它和倒立摆系统一样,为典型的静不平衡系统,必须依靠外界的控制手段根据运动状态使其平衡。自平衡双轮电动车控制系统的研究涉及电机驱动技术、电源技术、传感技术、信号处理技术、控制理论、机械机构设计学多学科内容,由于相关技术的复杂性,至今只有少数公司具有相应研发能力。本文的工作旨在研究一个可靠性较高、成本较低、结构相对简单、性能良好的的自平衡两轮电动车系统。除设计了系统方案外,做了以下工作:①建立自平衡两轮电动车的动力学模型。通过对倒立摆系统及其控制方法的分析研究,进而对双轮自平衡电动车进行运动学及动力学分析,从而确定控制策略和算法;②姿态检测滤波算法的设计。采用Kalman滤波原理,经仿真实验,表明采用基于Kalman滤波的组合测量方式能明显提高信号质量,抑制噪声干扰,保证了车体姿态检测的可靠性;③完成了系统方案设计及控制系统硬件设计。设计了该车自平衡控制系统的主要硬件电路,包括电源模块、信号调整模块、方向盘数据读取电路等;④双直流无刷电动机驱动器设计。分析了直流无刷电机的工作原理,以微控制器DSP TMS320F2812为核心,对直流无刷电动机霍尔元件输出的转子位置信号译码并据其输出主驱动电路的控制信号,以实现直流无刷电动机的换相。