兩輪自平衡小車的設(shè)計與變結(jié)構(gòu)控制研究.pdf

1、近年來，對非完整移動機器人的理論和應(yīng)用研究日益受到國內(nèi)外控制界的重視，廣義地說任何帶有輪式移動驅(qū)動機構(gòu)的機械裝置如卡車等都屬于這類機器人范疇，因而它具有廣泛的應(yīng)用背景。本文研究對象是本質(zhì)不穩(wěn)定的兩輪自平衡機器人，經(jīng)分析其動力學(xué)系統(tǒng)具有多變量、非線性、強耦合、時變、參數(shù)不確定性等特性。且因其運動環(huán)境復(fù)雜、運動學(xué)方程中的非完整約束，所以其控制任務(wù)也具有復(fù)雜性，需要在完成平衡控制的同時實現(xiàn)路徑規(guī)劃、路徑跟蹤等任務(wù)。本文研究的本質(zhì)不穩(wěn)定兩輪自平

2、衡機器人是一種復(fù)雜的研究性實驗裝置，已成為理想的控制理論和控制技術(shù)研究的實驗平臺。 本文重點集中在本質(zhì)不穩(wěn)定小車的動力學(xué)控制及硬軟件研發(fā)上。通過分析和借鑒國內(nèi)外兩輪自平衡小車的結(jié)構(gòu)組成，設(shè)計了兩輪自平衡小車的軟硬件，并對硬件參數(shù)進行了詳細(xì)的分析計算，推導(dǎo)出兩輪小車的最大可控角度。分析引入了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，基于此模型進行了系統(tǒng)穩(wěn)定性與能控能觀性分析。應(yīng)用變結(jié)構(gòu)控制理論進行本質(zhì)不穩(wěn)定小車的控制研究，在小車偏角受限的條件約束下，設(shè)計出