兩輪自平衡機器人控制系統(tǒng)研究.pdf

1、兩輪自平衡機器人作為一種絕對不穩(wěn)定的輪式移動機器人，其數(shù)學模型具有許多復雜的特性。也正因為其方程狀態(tài)具有的非線性、多變量、強耦合、時變、參數(shù)不確定性等特點，這使得它成為驗證各種控制算法的理想平臺，具有十分重要的理論意義。同時它運動靈活、結構簡單、成本低廉，適于在狹小和危險的空間工作，如空間狹小的搜救地或擁擠的辦公環(huán)境中獲得應用，也可作為特殊交通工具、特殊運載工具、特殊運動器械、殘疾人保障系統(tǒng)等，應用于現(xiàn)代社會的和經濟的許多領域，有著廣泛

2、的應用前景。目前，就兩輪自平衡機器人的控制算法而言，幾乎所有的兩輪機器人在研究之初的運動平衡控制算法上都采用 PID控制策略對其鎮(zhèn)定，之后再進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?，兩輪自平衡機器人的控制策略幾乎都圍繞 PID來展開，由于兩輪機器人的核心問題是其控制平衡問題，因此兩輪機器人系統(tǒng)對系統(tǒng)抗干擾能力的要求是極其嚴格的。為此，通過分析兩輪自平衡機器人的運動規(guī)律，得到了兩輪自平衡機器人的數(shù)學模型，并通過分

3、析其數(shù)學模型，運用簡單且巧妙的方法對其解耦，使其復雜的動力學模型分解為兩個獨立的子系統(tǒng)，即運動平衡子系統(tǒng)和航向控制子系統(tǒng)。由于采用多慣性傳感器組成的測量系統(tǒng)來度量兩輪機器人的運動姿態(tài)，為減小兩輪機器人在測量過程中產生的誤差和漂移，我們采用kalman濾波算法來對測量數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合，并經過仿真驗證了kalman濾波算法的有效性。通過研究模型參考自適應控制原理，設計了模型參考自適應控制算法來實現(xiàn)系統(tǒng)的平衡控制，同時通過極點配置的方法來對航