图3.10 系统硬件框图

4 系统控制方案设计

4. 1操纵杆设计

方案一：速度的给定由用户通过操纵杆来实现。操纵杆输出两路相互垂直的模拟信号，来实现控制轮椅运动的方向和速度，如图所示：

图4.1 操纵杆输出信号分解

在上图（a）中，操纵杆搬动的方向和倾斜的程度分解为UX和Uy两路互相垂直的信号输出；在图（b）中，轮椅运动的方向V由X方向的速度分量VX和Y方向的速度分量

VY适量合成。设左，右轮的转速分别为nl，nr，则易知VX为两轮的差模分量，VY为两轮转速的共模分量。VX，VY，nl，nr按照下面的算法建立联系：

式中

KX,KY为X和Y方向的控制灵敏系数，KX,KY值越大，对相应通道的操纵杆输

KKK出信号的检测就越灵敏。通过适当配置X,Y就能获得满意的操纵性能。V是由速度

K挡设定的系数，速度挡越高，V越大转速给定也就越大。依据上两式即可将用户给定的控制信号分别转化为左右两轮的给定速度。

方案二：我们直接对电机进行控制，翻转电机只需一个开关，即可实现翻转电机的爬楼动作；行使电机则需要两个开关，一个控制左行使电机，一个控制右行使电机，当两个开关同时按下则实现直线行走，只开一个时实现转向，转速则通过单片机调节PWM波的占空比来实现无极调速。

方案一是目前市场上专用控制手柄采用的方案，其操纵简单，但成本相当高昂，且对硬件电路要求也非常高，需要提供相应的硬件接口与信号处理电路。实物图如下：

图4.2专用控制手柄实物图

而方案二虽然操纵复杂点，但其成本较低廉，硬件易于实现，控制可靠，操作人员经过短时间的训练即可适应。固采用方案二，下图为控制开关分布图：

图4.3 控制开关分布图

方案二要解决的一个突出问题即为双电机的同步实现，因为行使是要实现直线行使的，不能跑偏，更为重要的是爬楼梯时，必须两个电机转速相同，否则会产生危险，使安全性大大降低。下面将讲述双电机的同步控制方案。

4. 2双电机同步控制方案

目前存在的同步控制技术包括并行控制、主从控制、交叉耦合控制、虚拟总轴控制、偏差耦合控制。这里对并行控制和主从控制这两种基本的控制方式作一下简单的介绍和比较。 4.2.1 并行控制

并行控制是一种基于同一定值控制的并联运行方式，这是一种最简单的同步控制方

法。并行式适用于每个单独系统的控制目标基本一致的情况，要求伺服系统具有良好的速度稳定性。调速系统采用同一给定电压，其控制结构图如图4.4所示。采用并行运行方式的同步控制系统其优点在于启动和停止阶段系统的同步性能很好，但是由于整个系统相当于开环控制，当运行过程中某一台电机受到扰动时，电机之间将会产生同步偏差，同步性能较差。

控制器 电机1 控制器 电机2

图4.4 并行控制结构图 4.2.2 主从控制

主从控制是一种基于跟踪随动原理的串联运行方式。以双电机为例，主从同步控制系统的结构图如图1.2所示。

在这种控制方式中，主电机的输出转速作为从电机的转速参考值。由此可推断，任何加在主电机上的速度命令或是负载扰动都会被从电机反映并且跟随，但是任何从电机上受到的扰动却不会反馈回给主电机，也不会影响到其他的从电机。

主从式特点是从系统跟踪主系统的输出，大大增加了其控制策略的稳定性，但存在跟踪滞后。这种控制方式要求伺服系统具有良好的跟踪性能，主要应用在对速度或者位置的同步精度不是很高的工业生产中。

控制器 电机1 控制器 电机2

图4.5 主从控制结构图