為了提高全國大學生智能汽車競賽創新性和趣味性，激發高校學生參與比賽的興趣，提高學生的動手能力、創新能力和接受挑戰能力，智能汽車競賽組委會將電磁組比賽規定為車模直立行走（如圖1.1 所示），其它兩個組別的車模行走方式保持不變。

　　車模直立行走比賽是要求仿照兩輪自平衡電動車的行進模式，讓車模以兩個后輪驅動進行直立行走。近年來，兩輪自平衡電動車以其行走靈活、便利、節能等特點得到了很大的發展。國內外有很多這方面的研究，也有相應的產品。在電磁組比賽中，利用了原來C 型車模雙后輪驅動的特點，實現兩輪自平衡行走。相對于傳統的四輪行走的車模競賽模式，車模直立行走在車體檢測、控制算法等方面提出了更高的要求。為了能夠幫助參賽同學盡快制作車模參加比賽，競賽秘書處編寫了C 型車模直立行走的參考設計方案。參賽隊員可以在此基礎上，進一步改進硬件和軟件方案，提高競賽水平。

　　為了適應初學者，方案介紹過程中，盡可能減少公式推導，使用通俗科學的語言介紹控制原理和方法，給出C 型車模制作過程中的核心環節。本文的主要內容如圖1.2 所示。

　　電磁組比賽要求車模在直立的狀態下以兩個輪子著地沿著賽道進行比賽，相比四輪著地狀態，車模控制任務更為復雜。為了能夠方便找到解決問題的辦法，首先將復雜的問題分解成簡單的問題進行討論。為了分析方便，根據比賽規則，假設維持車模直立、運行的動力都來自于車模的兩個后車輪，后輪轉動由兩個直流電機驅動。因此從控制角度來看，由控制車模兩個電機旋轉方向及速度實現對車模的控制。車模運動控制任務可以分解成以下三個基本任務：

　　（1） 控制車模直立：通過控制兩個電機正反向運動保持車模直立狀態；

　　（2） 控制車模速度：通過控制兩個電機轉速速度實現車模行進控制；

　　（3） 控制車模轉向：通過控制兩個電機之間的轉動差速實現車模轉向控制。

　　以上三個任務都是通過控制車模兩個后輪驅動電機完成的。可以假設車模的電機可以虛擬地被拆解成三個不同功能的驅動電機，它們同軸相連，分別控制車模的直立平衡、前進行走、左右轉向，如圖2.1 所示。

　　直流電機的力矩最終來自于電機驅動電壓產生的電流。因此只要電機處于線性狀態，上述拆解可以等效成三種不同控制目標的電壓疊加之后，施加在電機上。

　　在上述三個任務中保持車模直立是關鍵。由于車模同時受到三種控制的影響，從車模直立控制的角度，其它兩個控制就成為它的干擾。因此在速度、方向控制的時候，應該盡量平滑，以減少對于直立控制的干擾。三者之間的配合如圖2.2 所示。

　　上述三個控制各自獨立進行控制，它們各自假設其它兩個控制都已經達到穩定。比如速度控制時，假設車模已經在直立控制下保持了直立穩定，通過改變電機的電壓控制車模加速和減速。車模在加速和減速的時候，直立控制一直在起作用，它會自動改變車模的傾角，移動車模的重心，使得車模實現加速和減速。

　　下面分別討論三個任務的實現原理。