基于模糊PD的兩輪自平衡車的設(shè)計.pdf

1、兩輪自平衡車是當(dāng)今機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個重要分支，它涵蓋了電子、機(jī)械、自動控制與信號處理等多個學(xué)科。其結(jié)構(gòu)類似于倒立擺，具有非線性、強(qiáng)耦合的特性，是檢驗控制算法的經(jīng)典裝置。
　　 自平衡車兩輪左右平行布置，利用加速度計與陀螺儀進(jìn)行前后傾斜角度和角速度的檢測，同時利用霍爾元件與磁鐵搭配，進(jìn)行自平衡車轉(zhuǎn)向控制桿左右傾斜角度的檢測，并將信息輸出給單片機(jī)，通過控制算法計算出控制量，驅(qū)動電機(jī)工作，完成自平衡車前進(jìn)、后退與轉(zhuǎn)向等動作。

2、　　 自平衡車系統(tǒng)設(shè)計難點(diǎn)在于采用成本低廉的慣性傳感器進(jìn)行準(zhǔn)確的姿態(tài)檢測與系統(tǒng)的控制算法設(shè)計。加速度計信號噪聲大且易受動態(tài)加速度干擾，采用小波閾值去噪，可以有效去除噪聲;采用互補(bǔ)濾波對加速度計和陀螺儀輸出信號進(jìn)行融合，可以抑制動態(tài)加速度的干擾，但同時輸出的波形存在過沖問題。通過系統(tǒng)辨識，建立一個系統(tǒng)，可以有效去除過沖。通過三種信號處理方法共同作用，可以準(zhǔn)確并及時的采集到自平衡車姿態(tài)信息，為控制算法的設(shè)計奠定基礎(chǔ)。
　　 針對自

3、平衡車數(shù)學(xué)模型過于理想化，且系統(tǒng)非線性等特點(diǎn)，本文采用模糊PD控制算法，來實現(xiàn)對自平衡車的控制。利用MATLAB的模糊控制工具箱，通過制定自平衡車控制規(guī)則，設(shè)計出適合控制自平衡車系統(tǒng)的模糊控制器，用來整定PD算法的參數(shù)。算法仿真時，為更加貼近實際，用ADAMS建立自平衡車三維模型，取代理論推導(dǎo)的數(shù)學(xué)模型，并與simulink聯(lián)合仿真。通過仿真對比，證實了模糊PD算法能夠有效抑制系統(tǒng)的超調(diào)量與震蕩。最后將模糊控制器轉(zhuǎn)化為模糊控制查詢表，使