兩輪自平衡小車大范圍鎮(zhèn)定方法研究.pdf

1、本文的研究對象是兩輪自平衡小車，它是一種本質(zhì)不穩(wěn)定的特殊輪式移動機器人，其動力學系統(tǒng)具有多變量、非線性、強耦合、參數(shù)不確定等特性；其運動環(huán)境復雜且運動學方程受到非完整約束；其控制任務復雜，在完成平衡控制的同時還要完成路徑規(guī)劃、路徑跟蹤等任務。對兩輪自平衡小車的研究能有效地反映控制中的許多典型問題：如非線性問題、魯棒性問題、鎮(zhèn)定問題、隨動問題以及跟蹤問題等。因此，兩輪不穩(wěn)定小車是一種復雜系統(tǒng)的研究性實驗裝置，是研究各種控制方法的一種比較理

2、想的平臺。本文的研究重點主要有兩方面。一方面是研究如何擴大傾角的可控范圍，另一方面是研究如何簡化這些控制算法以便將其應用到實際的小車控制系統(tǒng)中去。
　　 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，參與設(shè)計了兩輪自平衡小車控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、硬件電路及軟件編程。在對動力學和運動學分析研究的基礎(chǔ)上，引入了小車的非線性模型。為了能實現(xiàn)對小車的穩(wěn)定控制，將該非線性模型進行了基于泰勒級數(shù)展開的近似線性化，并根據(jù)得到的線性化模型分別設(shè)計

3、了狀態(tài)反饋控制器和最優(yōu)控制器這兩種線性控制器。通過對小車最大可控角度的分析研究，發(fā)現(xiàn)這兩種線性控制器對小車傾角的可控范圍相當狹窄，無法實現(xiàn)實際工作中較大范圍可控的目標?；谶@種考慮，在尋求對不平衡小車這一非線性對象大范圍穩(wěn)定控制方面，提出了兩種控制思路：第一，基于模糊線性化模型的穩(wěn)定控制器；第二，基于多點線性化的自適應神經(jīng)網(wǎng)絡模糊控制器。這兩種控制器對非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定控制都取得了較大的范圍，而且還較好地改善了系統(tǒng)的暫態(tài)特性。最后在自適應