基于电流环的直立二轮平衡智能车设计DesignofTwoWheelBalancedIntelligentVehicleBasedonCurrentLoop章晋睿，陆泽早，王帅，王击，徐德刚（中南大学，比亚迪牡羊座2015队）摘要：本设计以“TheFreescaleCup”--全国大学生智能车竞赛为背景，提出了一种以电流环为内环的直立车平衡方案。本文主要介绍电流检测芯片原理以及电流环控制电机转矩的方法，给出了电流环控制的速度等外环的思路以及设计电流检测的电路和所选的的精密电阻阻值，并根据方案制作了小车。实践证明该方案是稳定可靠的。关键词：智能车；直立平衡；电流环；精密电阻；I.引言在以往的竞赛中，直立平衡车基本都是用传统占空比控制，但占空比实际同时作用在了转速和转矩，无法准确控制电机转矩。本文则采用直接转矩控制，反应更为迅速的电流环作为内环，使得二轮平衡车更为平稳的直立起来。使用电流环作为内环控制车身直立的有点主要体现在电流环可以直接控制车轮电机电流,可以精确的控制电机的输出转矩。同时转向时可以对两侧电机的差动转矩进行直接控制，有效防止转向时由于两侧电机差动转矩不同导致的车身角度的变化。II.设计原理在电机控制等诸多应用中，高精度的电流检测都是必需的。在这种应用中，对高压侧电流而非回路电流进行监控，可以提高诊断能力。在电机控制配置中(见图1)，电机相位进行分流意味着取样电阻中的电流沿着两个方向流动，因此，需要双向电流检测器。许多半导体供应商都为高压侧电流检测提供了多种方案。这些方案都可以遵循两个截然不同的高压结构来进行分类：电流检测放大器和差动放大器。图1典型H桥电机控制中的高压侧分流我们使用的电流检测芯片AD8210(图2)是最近推出的一款高压电流检测放大器，图2AD8210功能示意图电流检测放大器AD8210，采用如下方式放大小差分输入电压。输入端通过R1和R2与差动放大器相连。利用晶体管Q1和Q2，可以调整流过R1和R2的电流，从而使放大器A1输入端的电压为零。当AD8210的输入信号为0V时，R1和R2中的电流相等。当差分信号非零时，其中一个电阻的电流增加，而另外一个电阻的电流下降。电流差与输入信号大小成比例，极性相同。流过Q1和Q2的差分电流由两个精密调整的电阻转换成以地为参考的差分电压。接着，放大器A2利用低压晶体管——由其5V(典型值)电源供电——对该电压进行放大，实现最终输出增益达到20。通常，只有输入共模电压保持在2V或3V以上时，这种架构的电流检测放大器才有用。不过，AD8210内部的上拉电路能使放大器A...
