兩輪自平衡機器人LQR-模糊控制算法研究.pdf

1、機器人在現(xiàn)代社會中起到了越來越重要的作用，其產(chǎn)品在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、軍事等領域都已得到了廣泛的應用，而其控制器的設計則是制造機器人的關鍵技術之一。機器人系統(tǒng)屬于比較復雜的非線性系統(tǒng)，容易受到自身和外界一些不確定因素的影響，因此其控制器的設計就成為一個難題。而兩輪自平衡機器人結(jié)構(gòu)簡單，便于分析，并且是一種非線性、多變量、本質(zhì)不穩(wěn)定、強耦合的運動控制系統(tǒng)。因此，研究兩輪自平衡機器人對整個機器人領域的控制器設計都具有十分重要的意義，同時也是檢

2、驗各種控制算法的理想平臺。
　　本文以兩輪自平衡機器人為實驗對象，將線性系統(tǒng)理論與模糊控制技術進行結(jié)合，來設計一種控制器。既解決了現(xiàn)代控制理論過分依賴精確數(shù)學模型的缺陷，又解決了模糊控制器難以處理多輸入控制問題。其設計思想是首先利用LQR方法生成的反饋矩陣來構(gòu)造融合函數(shù)，通過融合函數(shù)降低系統(tǒng)的輸入維數(shù)，然后通過模糊控制器來對系統(tǒng)進行控制。仿真和實驗結(jié)果表明，采用該種控制策略既可以保證機器人的穩(wěn)定，又可以控制機器人到指定位置和角度。

3、
　　在上述控制策略中，模糊控制部分的量化因子和比例因子主要依賴經(jīng)驗或湊試法來獲得。為了得到更理想的控制效果，本文又利用粒子群算法對上述模糊控制器中的量化因子和比例因子進行優(yōu)化。結(jié)果證明經(jīng)驗值與優(yōu)化值存在差距，并且量化因子與比例因子對整個控制效果有較大影響。
　　最后，針對解耦器設計困難、且理論計算設計出的解耦器與系統(tǒng)實際情況之間存在著一定偏差的難題。本文嘗試構(gòu)造兩個融合函數(shù)對機器人的六維輸入變量進行整體融合，從而取代了原系