電動平衡車運行時如何保持平衡？

（本譯文由科普中國微平台原創首發）

隨著科技的發展，平時出行的代步工具也有了越來越多的選擇。除了自行車外，平衡車是目前賣的比較火熱的產品。它有著比步行更快的速度，相比與自行車而言又更加的便攜。

平衡車讓人感覺新奇的地方在於人們很好奇只有單個或兩個輪子的車輛是如何保持穩定的。事實上，平衡車的背後有一套複雜的自動控制系統：由單片機來驅動電機，根據車輛實時的姿態對車輪進行精確的控制。這種控制一般被稱為「倒立擺控制」，想像一個人用手托住一根竹竿，使其在空中保持豎直而不倒下，這就是一個最簡單的倒立擺系統。

這個遊戲我們小的時候都曾經玩過，印象最深的就是這是一個不穩定的系統。在桌面上放置的水杯自己能夠站穩，這是因為水杯的重心落在了杯底內，即使存在微小的擾動，仍然不足以讓重心離開杯底的範圍。與之相反的是，竹竿或平衡車的重心在絕大部分時間內並沒有落在接觸點上，所以我們必須根據他們的狀態進行動態的調整：竹竿往哪邊倒，手就立刻往哪邊移動，讓重心重新回到接觸點附近，這樣，人的大腦和手臂就形成了一個控制系統。

平衡車的控制就是模擬人的這種行為，在平衡車的控制系統中，單片機相當於人腦，車輪相當於手臂，而平衡車中內置的陀螺儀和加速度計就相當於人的眼睛。人腦很擅長類似的控制問題，但是為了讓單片機做到這一點，就需要綜合解決動態控制過程中的線性問題、魯棒性問題、鎮定問題、隨動問題以及跟蹤問題等諸多細節。

來源：新疆科技報，作者：王文旭

翻譯、編輯：阿依努爾

新媒體編輯：趙翠

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