控制设备平衡的方法和装置

摘要

本申请公开了一种控制设备平衡的方法和装置。所述方法的包括：获取姿态传感器测量的设备的加速度、角速度；利用加速度、角速度，进行姿态解算，计算设备的倾斜角；获取飞轮的当前转速；对角速度进行微分D控制，对倾斜角进行比例P控制，对飞轮的当前转速进行比例积分PI控制，用上述角速度的微分控制、倾斜角的比例控制、飞轮转速的比例积分控制的和，调制PWM信号；采用该PWM信号驱动电机带动飞轮转动，产生力矩，维持设备的平衡。实现了通过角速度微分控制，提前防治设备的倾斜，通过倾斜角比例控制，快速调整改善设备的倾斜状况，维持设备的平衡。此外，对飞轮的当前转速进行PI控制，快速降低飞轮的转速，同时消除飞轮惯性旋转累积的转速。

权利要求

1.一种控制设备平衡的方法，其特征在于，所述方法包括：获取姿态传感器测量的设备的加速度、角速度；

利用所述加速度、角速度，进行姿态解算，计算所述设备的倾斜角；

获取飞轮的当前转速；

对所述角速度进行微分D控制，对所述倾斜角进行比例P控制，对所述飞轮的当前转速进行比例积分PI控制，用上述角速度的微分D控制、倾斜角的比例P控制、飞轮转速的比例积分PI控制的和，调制脉冲宽度调制PWM信号，具体的：对所述设备的角速度进行微分，然后乘以微分增益，得到角速度的微分D控制；设置所述设备的角度设定值，用所述倾斜角减去所述角度设定值，得到角度偏差，第一比例增益乘以所述角度偏差，得到倾斜角的比例P控制；

设置所述飞轮的转速设定值，用所述飞轮的当前转速减去所述转速设定值，得到转速偏差，第二比例增益乘以所述转速偏差，得到飞轮转速的比例P控制，对所述转速偏差进行积分，然后乘以积分增益，得到飞轮转速的积分I控制；计算所述角速度的微分D控制、倾斜角的比例P控制、飞轮转速的比例P控制、积分I控制的和，用于调制脉冲宽度调制PWM信号；

采用所述PWM信号驱动电机带动飞轮转动，产生力矩，维持所述设备的平衡。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：限制所述飞轮转速的积分I控制的幅度；

限制所述角速度的微分D控制、倾斜角的比例P控制、飞轮转速的比例P控制、限幅后积分I控制的和的幅度。

3.根据权利要求1‑2任一所述的方法，其特征在于，所述飞轮的转速设定值为零。

4.根据权利要求1‑2任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：与所述设备的其它模块和/或上位机组成蓝牙mesh网络，进行蓝牙通信。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：通过所述蓝牙mesh网络，接收并保存所述上位机发送的调整后的PID参数。

6.根据权利要求1‑2任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：计算当所述设备的力矩等于飞轮的力矩时，所述飞轮的角加速度；

根据所述飞轮的角加速度、所述设备的平衡情况，调整PID参数。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：通过如下公式计算所述设备的力矩和飞轮的力矩：T1＝M×g×cosθ×L

其中，T1为所述设备的力矩，M为所述设备的质量，g为重力加速度，L为所述设备的重心到设备与地面接触点的距离，θ为所述设备的重心与设备与地面接触点的连线与地面的夹角；

其中，T2为所述飞轮的力矩，m为所述飞轮的质量，R为所述飞轮的外半径，r为所述飞轮的内半径，α为所述飞轮的角加速度；

当所述设备的力矩等于飞轮的力矩时，所述飞轮的角加速度α为：

8.一种控制设备平衡的装置，其特征在于，所述装置包括：获取姿态参数单元，配置用于获取姿态传感器测量的设备的加速度、角速度；

姿态解算单元，配置用于利用所述加速度、角速度，进行姿态解算，计算所述设备的倾斜角；

获取飞轮参数单元，配置用于获取飞轮的当前转速；

PID控制单元，配置用于对所述角速度进行微分D控制，对所述倾斜角进行比例P控制，对所述飞轮的当前转速进行比例积分PI控制，用上述角速度的微分D控制、倾斜角的比例P控制、飞轮转速的比例积分PI控制的和，调制脉冲宽度调制PWM信号，具体的：对所述设备的角速度进行微分，然后乘以微分增益，得到角速度的微分D控制；设置所述设备的角度设定值，用所述倾斜角减去所述角度设定值，得到角度偏差，第一比例增益乘以所述角度偏差，得到倾斜角的比例P控制；设置所述飞轮的转速设定值，用所述飞轮的当前转速减去所述转速设定值，得到转速偏差，第二比例增益乘以所述转速偏差，得到飞轮转速的比例P控制，对所述转速偏差进行积分，然后乘以积分增益，得到飞轮转速的积分I控制；计算所述角速度的微分D控制、倾斜角的比例P控制、飞轮转速的比例P控制、积分I控制的和，用于调制脉冲宽度调制PWM信号；

驱动单元，配置用于采用所述PWM信号驱动电机带动飞轮转动，产生力矩，维持所述设备的平衡。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述PID控制单元包括：角速度控制子单元，配置用于对所述设备的角速度进行微分，然后乘以微分增益，得到角速度的微分D控制；

角度控制子单元，设置所述设备的角度设定值，用所述倾斜角减去所述角度设定值，得到角度偏差，第一比例增益乘以所述角度偏差，得到倾斜角的比例P控制；

飞轮转速控制子单元，配置用于设置所述飞轮的转速设定值，用所述飞轮的当前转速减去所述转速设定值，得到转速偏差，第二比例增益乘以所述转速偏差，得到飞轮转速的比例P控制，对所述转速偏差进行积分，然后乘以积分增益，得到飞轮转速的积分I控制；

调制子单元，配置用于计算所述角速度的微分D控制、倾斜角的比例P控制、飞轮转速的比例P控制、积分I控制的和，用于调制脉冲宽度调制PWM信号。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：蓝牙通信单元，配置用于与所述设备的其它模块和/或上位机组成蓝牙mesh网络，进行蓝牙通信。

11.根据权利要求8‑10任一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：角加速度计算单元，配置用于计算当所述设备的力矩等于飞轮的力矩时，所述飞轮的角加速度；

调整PID参数单元，配置用于根据所述飞轮的角加速度、所述设备的平衡情况，调整PID参数。

说明书

控制设备平衡的方法和装置

技术领域

[0001] 本申请涉及控制技术领域，具体涉及控制设备平衡的方法和装置。

背景技术

[0002] 独轮、两轮的设备、机器人、遥控车具有极强的灵活性，但这些设备平衡性差，经常出现左右和/或前后倾斜的难题。

发明内容

[0003] 本申请的目的在于提出一种改进的控制设备平衡的方法和装置，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。

[0004] 第一方面，本申请提供了一种控制设备平衡的方法，所述方法包括：获取姿态传感器测量的设备的加速度、角速度；利用所述加速度、角速度，进行姿态解算，计算所述设备的
倾斜角；获取飞轮的当前转速；对所述角速度进行微分D控制，对所述倾斜角进行比例P控
制，对所述飞轮的当前转速进行比例积分PI控制，用上述角速度的微分D控制、倾斜角的比
例P控制、飞轮转速的比例积分PI控制的和，调制脉冲宽度调制PWM信号；采用所述PWM信号
驱动电机带动飞轮转动，产生力矩，维持所述设备的平衡。

[0005] 在一些实施例中，所述对所述角速度进行微分D控制，对所述倾斜角进行比例P控制，对所述飞轮的当前转速进行比例积分PI控制，用上述角速度的微分D控制、倾斜角的比
例P控制、飞轮转速的比例积分PI控制的和，调制脉冲宽度调制PWM信号，包括：对所述设备
的角速度进行微分，然后乘以微分增益，得到角速度的微分D控制；设置所述设备的角度设
定值，用所述倾斜角减去所述角度设定值，得到角度偏差，第一比例增益乘以所述角度偏
差，得到倾斜角的比例P控制；设置所述飞轮的转速设定值，用所述飞轮的当前转速减去所
述转速设定值，得到转速偏差，第二比例增益乘以所述转速偏差，得到飞轮转速的比例P控
制，对所述转速偏差进行积分，然后乘以积分增益，得到飞轮转速的积分I控制；计算所述角
速度的微分D控制、倾斜角的比例P控制、飞轮转速的比例P控制、积分I控制的和，用于调制
脉冲宽度调制PWM信号。

[0006] 在一些实施例中，所述方法还包括：限制所述飞轮转速的积分I控制的幅度；限制所述角速度的微分D控制、倾斜角的比例P控制、飞轮转速的比例P控制、限幅后积分I控制的
和的幅度。

[0007] 在一些实施例中，所述飞轮的转速设定值为零。

[0008] 在一些实施例中，所述方法还包括：与所述设备的其它模块和/或上位机组成蓝牙mesh网络，进行蓝牙通信。

[0009] 在一些实施例中，所述方法还包括：通过所述蓝牙mesh网络，接收并保存所述上位机发送的调整后的PID参数。

[0010] 在一些实施例中，所述方法还包括：计算当所述设备的力矩等于飞轮的力矩时，所述飞轮的角加速度；根据所述飞轮的角加速度、所述设备的平衡情况，调整PID参数。

[0011] 在一些实施例中，所述方法还包括：通过如下公式计算所述设备的力矩和飞轮的力矩：

[0012] T1＝M×g×cosθ×L

[0013] 其中，T1为所述设备的力矩，M为所述设备的质量，g为重力加速度，L为所述设备的重心到设备与地面接触点的距离，θ为所述设备的重心与设备与地面接触点的连线与地面
的夹角；

[0014]

[0015] 其中，T2为所述飞轮的力矩，m为所述飞轮的质量，R为所述飞轮的外半径，r为所述飞轮的内半径，α为所述飞轮的角加速度；

[0016] 当所述设备的力矩等于飞轮的力矩时，所述飞轮的角加速度α为：

[0017]

[0018] 第二方面，本申请提供了一种控制设备平衡的装置，所述装置包括：获取姿态参数单元，配置用于获取姿态传感器测量的设备的加速度、角速度；姿态解算单元，配置用于利
用所述加速度、角速度，进行姿态解算，计算所述设备的倾斜角；获取飞轮参数单元，配置用
于获取飞轮的当前转速；PID控制单元，配置用于对所述角速度进行微分D控制，对所述倾斜
角进行比例P控制，对所述飞轮的当前转速进行比例积分PI控制，用上述角速度的微分D控
制、倾斜角的比例P控制、飞轮转速的比例积分PI控制的和，调制脉冲宽度调制PWM信号；驱
动单元，配置用于采用所述PWM信号驱动电机带动飞轮转动，产生力矩，维持所述设备的平
衡。

[0019] 在一些实施例中，所述PID控制单元包括：角速度控制子单元，配置用于对所述设备的角速度进行微分，然后乘以微分增益，得到角速度的微分D控制；角度控制子单元，设置
所述设备的角度设定值，用所述倾斜角减去所述角度设定值，得到角度偏差，第一比例增益
乘以所述角度偏差，得到倾斜角的比例P控制；飞轮转速控制子单元，配置用于设置所述飞
轮的转速设定值，用所述飞轮的当前转速减去所述转速设定值，得到转速偏差，第二比例增
益乘以所述转速偏差，得到飞轮转速的比例P控制，对所述转速偏差进行积分，然后乘以积
分增益，得到飞轮转速的积分I控制；调制子单元，配置用于计算所述角速度的微分D控制、
倾斜角的比例P控制、飞轮转速的比例P控制、积分I控制的和，用于调制脉冲宽度调制PWM信
号。

[0020] 在一些实施例中，所述装置还包括：蓝牙通信单元，配置用于与所述设备的其它模块和/或上位机组成蓝牙mesh网络，进行蓝牙通信。在一些实施例中，所述装置还包括：角加
速度计算单元，配置用于计算当所述设备的力矩等于飞轮的力矩时，所述飞轮的角加速度；
调整PID参数单元，配置用于根据所述飞轮的角加速度、所述设备的平衡情况，调整PID参
数。

[0021] 本申请采用PID控制算法控制设备的平衡，先获取设备的加速度、角速度，计算设备的倾斜角，对设备的倾斜角度进行比例P控制，比例P控制可快速调整改善设备的倾斜状
况。对设备的角速度进行微分D控制，在产生倾斜角之前，一旦发现有产生倾斜角的趋势就
开始调节，是提前控制，更及时。当角速度有变大或变小趋势时，输出控制，提前防治倾斜角
变大或超调。通过上述倾斜角比例P控制、角速度微分D控制，便能让设备在平衡点附近震
荡，但飞轮会越转越快，所以对飞轮的当前转速进行比例积分PI控制，快速降低飞轮的转
速，同时消除飞轮惯性旋转累积的转速。即在维持设备平衡的同时，提前防治设备倾斜，不
断减小倾斜的角度，回归自然平衡状态，同时控制降低飞轮的转速。

附图说明

[0022] 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0023] 图1是本申请一个实施例中飞轮电机的一个结构示意图；

[0024] 图2是本申请控制设备平衡的方法的一个实施例的流程图；

[0025] 图3是本申请控制设备平衡的方法的一个实施例中PID控制算法的一个流程图；

[0026] 图4是本申请控制设备平衡的方法的原理示意图；

[0027] 图5是本申请控制设备平衡的装置的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了
便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

[0029] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

[0030] 本申请利用飞轮进动原理，控制飞轮的角加速度，使设备产生反向作用力矩，来控制设备的平衡。其中，飞轮电机安装在设备上。参考图1，该图是一个实施例中飞轮电机的一
个结构示意图。如图所示，飞轮电机包括微控制单元MCU101、电机驱动电路102、电机103、飞
轮104、转速采集电路105、姿态传感器106。其中，转速采集电路105作为反馈单元，采集飞轮
104的当前转速，发送给微控制单元MCU101。姿态传感器106用于采集设备的加速度、角速
度，反馈给微控制单元MCU101。本申请的控制设备平衡的方法由微控制单元MCU101执行。微
控制单元MCU101根据姿态传感器、转速采集电路反馈的数据，控制输出PWM信号至电机驱动
电路102，通过电机驱动电路102驱动电机103转动，电机103转动带动飞轮104转动，飞轮104
转动，产生力矩，维持静止或行进中设备的平衡。本申请的控制设备平衡的方法用于控制纵
向两轮、横向两轮、独轮设备的平衡。

[0031] 继续参考图2，该图是本申请控制设备平衡的方法的一个实施例的流程图，如图所示，所述方法包括如下步骤：

[0032] 步骤201，获取姿态传感器测量的设备的加速度、角速度。

[0033] 本实施例为控制纵向两轮设备的平衡。上述纵向两轮设备包括但不限于：纵向两轮机器人、电动摩托车、遥控玩具摩托车、用户骑行的自行车、遥控玩具自行车。其中，飞轮
的安装轴线为沿车身行驶方向。例如，飞轮安装在电动摩托车座椅的下面，飞轮转动的轴也
是纵向前后方向。

[0034] 在本实施例中，姿态传感器为六轴陀螺仪，六轴陀螺仪可测量设备的三轴加速度、三轴角速度。在本实施例的其他可选的实现方式中，姿态传感器为三轴陀螺仪和加速度计，
用于分别测量设备的三轴角速度、三轴加速度。其中，安装时，调整姿态传感器的方向，使姿
态传感器的一个轴为设备的纵方向，一个轴为设备的左右横方向。使设备左右倾斜角为设
备的俯仰角或横滚角。

[0035] 步骤202，利用上述加速度、角速度，进行姿态解算，计算设备的倾斜角。

[0036] 在本实施例中，对加速度进行滑动窗口滤波。利用上述加速度、角速度，进行四元数姿态解算，计算设备横向左右方向的倾斜角。

[0037] 步骤203，获取飞轮的当前转速。

[0038] 在本实施例中，转速采集电路用于测量飞轮的当前转速，因飞轮与电机同轴，所以飞轮与电机的当前转速相同。根据具体情况，转速采集电路也可采集电机的当前转速。其
中，转速采集电路主要由编码器组成。

[0039] 在本实施例中，微控制单元MCU主动读取转速采集电路测量的飞轮的当前转速，在本实施例的其他可选的实现方式中，转速采集电机将测量的飞轮的当前转速主动发送至微
控制单元。

[0040] 步骤204，对角速度进行微分D控制，对倾斜角进行比例P控制，对飞轮的当前转速进行比例积分PI控制，用上述角速度的微分D控制、倾斜角的比例P控制、飞轮转速的比例积
分PI控制的和，调制脉冲宽度调制PWM信号。

[0041] 在本实施例中，对获取的当前转速进行一阶低通滤波，将滤波后的数据转化为每秒多少转。

[0042] 在本实施例中，使用PID控制算法，调制脉冲宽度调制PWM信号的占空比。参考图3，该图是PID控制算法的一个流程图，如图所示，设置一个角度设定值。该角度设定值是纵向
两轮设备自然平衡的状况下，左右倾斜的角度。用上一步计算的设备当前实际左右倾斜的
倾斜角减去角度设定值，作为角度偏差，将该角度偏差乘以第一比例增益，得到倾斜角的比
例P控制。通过倾斜角的比例P控制，可快速调整改善设备的倾斜状况，在控制设备平衡的情
况下，控制设备不断从倾斜状态回归到自然平衡状态。

[0043] 继续参考图3，对设备的角速度进行微分D控制，具体的对陀螺仪在左右横向轴上的角速度求取其微分，即计算其角加速度，再根据角加速度判断设备是否有加速倾斜的趋
势，在产生较大倾斜角度之前，通过角速度微分控制，提前防治设备的倾斜，及时性更好，如
果角速度变小，则角加速度为负值，微分D控制会输出一个负值，产生反向作用，调节平衡。
另外，设置合理的微分增益、微分时间。

[0044] 在本实施例中，设备平衡的原理是控制飞轮以角加速度转动，产生力矩，以对抗设备倾斜时，重力生产的力矩，所以如果不适时调控降低飞轮的转速，飞轮会越转越快，易失
控且消耗功率，所以本申请对飞轮的转速进行比例积分控制。参考图3，设置转速设定值的
值，在本实施例中，将该值设置为零，在其它实现方式中，设置转速设定值为每秒2转或每秒
3转等。将采集的飞轮的当前转速减去转速设定值，得到转速偏差，该转速偏差乘以第二比
例增益，得到飞轮转速的比例控制。计算转速偏差的积分，用于积分控制，通常设置积分时
间，计算该积分时间内所有转速偏差的和，然后将该和乘以积分增益，得到飞轮转速的积分
I控制。为防止积分超调和震荡，使整个PID控制更稳定、准确，在本实施例中，限制积分I控
制的幅度，即小于等于某一预设幅度阈值。

[0045] 继续参考图3，将上述角速度的微分D控制、倾斜角的比例P控制、飞轮转速的比例P控制、积分I控制求和，为优化算法，限制上述求得和的幅度，然后，用限幅后的和调制PWM信
号的占空比。

[0046] 步骤205，采用PWM信号驱动电机带动飞轮转动，产生力矩，维持设备的平衡。

[0047] 继续参考图4，该图是本实施例的原理示意图，如图所示，O表示设备的重心，虚线表示地面，D表示设备与地面的接触点，这个接触点不是指实际的前轮或后轮接触点，而是
指设备的重心沿设备在地面上的投影。例如，如果设备是前后对称，设备垂直地面放置，则
该接触点为重心在地面上的投影，后面如果设备原地左右倾斜，接触点的位置是不发生变
化的，OD的距离为L。如图所示，θ为所述设备的重心与设备与地面接触点的连线与地面的夹
角。OA表示设备的重力，AB表示重力的一个分力，该分力被设备与地面的摩擦力抵消。OB表
示重力在垂直于设备方向上的分力，因为该分力的存在导致设备不断左倾斜或右倾斜。该
分力产生的力矩T1为：

[0048] T1＝M×g×cosθ×L

[0049] 其中，M为设备的质量，g为重力加速度。

[0050] 控制飞轮转动，产生一个与力矩T1大小相同，方向相反的力矩，用于抵消力矩T1，保持设备平衡。

[0051] 飞轮的转动惯量J为：

[0052]

[0053] 其中，m为飞轮的质量，R为飞轮的外半径，r为飞轮的内半径。

[0054] 飞轮转动产生的力矩等于转动惯量与角加速度的乘积，所以飞轮的力矩T2为：

[0055]

[0056] 当T1＝T2时，飞轮的角加速度α：

[0057]

[0058] 在本实施中，调控PID的参数，进而调制PWM信号的占空比，控制飞轮的角加速度，使设备产生反向作用力矩，来控制设备的平衡。其中，PID参数包括：第一比例增益、第二比
例增益、微分增益、微分时间、积分增益、积分时间。

[0059] 在实际实施时，还根据设备的实际平衡情况，调整上述PID参数，优化PID算法，控制设备保持平衡。

[0060] 在本实施例中，先获取设备的角速度、加速度，在进行姿态融合，计算设备的倾斜角，之后，获取飞轮的当前转速。对设备的角速度进行微分D控制，提前防治设备倾斜，对设
备的倾斜角度进行比例P控制，快速调整改善设备的倾斜状况，对飞轮的当前转速进行比例
积分PI控制，快速降低飞轮的转速，同时消除飞轮惯性旋转累积的转速。在维持设备平衡的
情况下，控制设备的倾斜角回归角度设定值，回到自然平衡状态；控制飞轮的转速降低到转
速设定值，回到飞轮停止转动静止的状态。

[0061] 在本实施例的其它可选的实现方式中，飞轮电机具有蓝牙芯片，支持与上位机进行蓝牙通信，当飞轮电机被安装在不同的设备上时，支持通过上位机重新调整PID参数。其
中，上位机包括但不限于：智能手机、平板电脑、遥控手柄。

[0062] 在本实施例的其它可选的实现方式中，设备为遥控摩托车，该遥控摩托车除具有飞轮电机外，还具有动力电机模块、转向舵机模块，其中，通过动力电机模块驱动后轮转动，
控制摩托车前进或后退的速度。通过转向舵机模块驱动前轮转向，控制摩托车的行驶方向。
飞轮电机、动力电机模块、转向舵机模块及上位机都具有蓝牙mesh芯片，作为一个节点，支
持组成一个蓝牙mesh网络。蓝牙mesh网络中的各个节点可相互通信。支持用户通过上位机
向飞轮电机、动力电机模块、转向舵机模块发送控制指令，此外，接收飞轮电机、动力电机模
块、转向舵机模块发送的参数信息。例如，智能手机通过蓝牙mesh网络向动力电机模块发送
运动指令，其中，该指令包含电机的转动方向、转速和舵机转动角度。动力电机模块接收上
述运动指令，解析出与自身对应的指令，根据该指令，控制电机转动，使遥控摩托车前进或
者后退。然后，动力电机模块将上述收到的指令通过mesh adv的方式完整地转发给转向舵
机模块，转向舵机模块从指令中解析与自身对应的指令，完成转动角度的动作，使遥控摩托
车左转或者右转。上述过程中，遥控摩托车按照指令执行前进后退、左转右转的运动，并在
此过程中通过飞轮电机维持遥控摩托车的平衡。

[0063] 本申请的控制设备平衡的方法，不仅可用于上述纵向两轮设备，还可应用于横向两轮设备。先根据角速度、加速度计算设备前后倾斜的倾斜角。用该倾斜角减去角度设定
值，得到角度偏差，然后乘以比例增益，得到倾斜角的比例P控制。其中，设置角度设定值为
零。对设备前后轴向上的角速度做微分D控制，对飞轮转速做比例积分PI控制。即用PID算法
控制设备的平衡。

[0064] 继续参考图5，该图是上述方法实施例对应的装置实施例的结构示意图。如图所示，装置包括获取姿态参数单元501、姿态解算单元502、获取飞轮参数单元503、PID控制单
元504、驱动单元505。其中，获取姿态参数单元501配置用于获取姿态传感器测量的设备的
加速度、角速度；姿态解算单元502配置用于利用上述加速度、角速度，进行姿态解算，计算
设备的倾斜角；获取飞轮参数单元503配置用于获取飞轮的当前转速；PID控制单元504配置
用于对角速度进行微分D控制，对倾斜角进行比例P控制，对飞轮的当前转速进行比例积分
PI控制，用上述角速度的微分D控制、倾斜角的比例P控制、飞轮转速的比例积分PI控制的
和，调制脉冲宽度调制PWM信号的占空比；驱动单元505配置用于采用上述PWM信号驱动电机
转动，电机带动飞轮转动，产生力矩，维持所述设备的平衡。

[0065] 在本实施例中，PID控制单元包括：角速度控制子单元、角度控制子单元、飞轮转速控制子单元、调制子单元。其中，角速度控制子单元配置用于对设备的角速度进行微分计
算，然后乘以微分增益，得到角速度的微分D控制；角度控制子单元，设置设备的角度设定
值，用姿态解算单元中计算倾斜角减去上述角度设定值，得到角度偏差，第一比例增益乘以
上述角度偏差，得到倾斜角的比例P控制；飞轮转速控制子单元，配置用于设置飞轮的转速
设定值，用飞轮的当前转速减去转速设定值，得到转速偏差，第二比例增益乘以上述转速偏
差，得到飞轮转速的比例P控制，对转速偏差进行积分，然后乘以积分增益，得到飞轮转速的
积分I控制；调制子单元，配置用于计算角速度的微分D控制、倾斜角的比例P控制、飞轮转速
的比例P控制、积分I控制的和，用于调制脉冲宽度调制PWM信号的占空比。

[0066] 在其它实施例中，上述装置还包括蓝牙通信单元，配置用于与设备的其它模块和/或上位机组成蓝牙mesh网络，进行蓝牙通信。通过蓝牙mesh网络，接收并保存上位机发送的
调整后的PID参数。

[0067] 在其它实施例中，上述装置还包括角加速度计算单元、调整PID参数单元，其中，角加速度计算单元配置用于计算当设备的力矩等于飞轮的力矩时，飞轮的角加速度；调整PID
参数单元配置用于根据飞轮的角加速度、设备的平衡情况，调整PID参数。以适用不同的设
备，来保持设备的平衡。

[0068] 以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术
方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行
任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功
能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。