兩輪自平衡小車的滑模變結構控制研究.pdf

1、兩輪自平衡小車作為一種輪式移動機器人，從本質來說它是不穩(wěn)定的，其動力學系統(tǒng)具有多變量、強耦合、非線性、參數不確定等特性，可以作為各種控制算法研究分析的一個有利的平臺。在控制系統(tǒng)的研究中，控制系統(tǒng)的數學模型具有非常重要的地位，如果需要對系統(tǒng)進行仿真處理，首先需要得到系統(tǒng)的數學模型，而后才能夠模擬這個系統(tǒng)，直流電機的動力學方程是控制結構的數學模型中最主要部分，所以本文需要對直流電機和兩輪自平衡小車進行模型的建立，為本文控制器的設計奠定基礎。

2、
　　本文結合國內外的現狀搭建了兩輪自平衡小車的硬件平臺，根據搭建好的硬件平臺，首先對直流電機進行模型的建立，在根據直流電機的動力學模型，設計出了一種新型的基于函數逼近的自適應滑?？刂破鳎捎谠跍y試的時候，兩輪自平衡小車的電機過大，無法對其進行負載的檢測，所以本文采用小電機進行模擬，同樣可以驗證所設計的滑?？刂品桨傅男阅?。在跟蹤帶有未知有界時變死區(qū)不確定性的直流電機的速度的時候，所提出的滑?？刂品桨附Y合了滑模變結構控制和函數逼近技

3、術，能夠自適應的減小未知有界不確定性。具體而言，采用滑模變結構控制技術對控制律進行設計，并采用函數逼近技術，將干擾項轉化為正交基函數有限的組合。采用所提出的控制方案，不僅可以得到優(yōu)異的速度跟蹤性能，而且還可以在控制過程中自適應實時調整時變不確定性。然后針對兩輪自平衡小車進行整體動力學方程的建立，首先分析兩輪自平衡小車結構的受力情況，其次采用基于Lagrange能量的求解方法建立兩輪自平衡小車的數學模型，考慮到速度和角度之間的關系，采用速

4、度誤差項代替速度項，一個可以使速度控制更加方便，另一個是使小車在行駛過程中能夠像跑步時有一個科學的前傾狀態(tài)，使系統(tǒng)更加安全，有效。根據兩輪自平衡小車整體的動力學方程，本文所設計出的滑?？刂破靼瑑蓚€滑模面，將速度滑模面設計成帶有積分項形式，從而能夠很好的消除外部干擾帶來的穩(wěn)態(tài)誤差，角度滑模面設計成基于指數趨近率的形式，使得系統(tǒng)在提高達到滑模面的速度的同時消除抖振現象。
　　為驗證設計出整個系統(tǒng)的滑模控制器的性能，借助于MATLAB