兩輪自平衡機(jī)器人控制系統(tǒng)研究.pdf

1、兩輪自平衡機(jī)器人作為一種絕對(duì)不穩(wěn)定的輪式移動(dòng)機(jī)器人，其數(shù)學(xué)模型具有許多復(fù)雜的特性。也正因?yàn)槠浞匠虪顟B(tài)具有的非線性、多變量、強(qiáng)耦合、時(shí)變、參數(shù)不確定性等特點(diǎn)，這使得它成為驗(yàn)證各種控制算法的理想平臺(tái)，具有十分重要的理論意義。同時(shí)它運(yùn)動(dòng)靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，適于在狹小和危險(xiǎn)的空間工作，如空間狹小的搜救地或擁擠的辦公環(huán)境中獲得應(yīng)用，也可作為特殊交通工具、特殊運(yùn)載工具、特殊運(yùn)動(dòng)器械、殘疾人保障系統(tǒng)等，應(yīng)用于現(xiàn)代社會(huì)的和經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域，有著廣泛

2、的應(yīng)用前景。目前，就兩輪自平衡機(jī)器人的控制算法而言，幾乎所有的兩輪機(jī)器人在研究之初的運(yùn)動(dòng)平衡控制算法上都采用 PID控制策略對(duì)其鎮(zhèn)定，之后再進(jìn)一步研究其他的控制策略，包括各種變形的 PID控制策略?？梢钥吹?，兩輪自平衡機(jī)器人的控制策略幾乎都圍繞 PID來(lái)展開，由于兩輪機(jī)器人的核心問(wèn)題是其控制平衡問(wèn)題，因此兩輪機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)抗干擾能力的要求是極其嚴(yán)格的。為此，通過(guò)分析兩輪自平衡機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，得到了兩輪自平衡機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)分

3、析其數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用簡(jiǎn)單且巧妙的方法對(duì)其解耦，使其復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)模型分解為兩個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)，即運(yùn)動(dòng)平衡子系統(tǒng)和航向控制子系統(tǒng)。由于采用多慣性傳感器組成的測(cè)量系統(tǒng)來(lái)度量?jī)奢啓C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，為減小兩輪機(jī)器人在測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的誤差和漂移，我們采用kalman濾波算法來(lái)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，并經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證了kalman濾波算法的有效性。通過(guò)研究模型參考自適應(yīng)控制原理，設(shè)計(jì)了模型參考自適應(yīng)控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的平衡控制，同時(shí)通過(guò)極點(diǎn)配置的方法來(lái)對(duì)航