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文檔簡介
1、兩輪自平衡小車區(qū)別于傳統(tǒng)的輪式車輛,具有轉(zhuǎn)彎半徑為零、驅(qū)動功率小、適用于多種特殊場合等特點,有著廣泛的應用前景。作為一種本征不穩(wěn)定輪式移動機器人,兩輪自平衡車具有多變量、非線性、強耦合和參數(shù)不確定等特點,這使得它成為檢驗各種控制算法的理想平臺。
PID控制算法憑借其控制原理簡單和魯棒性強的優(yōu)勢,廣泛地應用于兩輪自平衡小車控制系統(tǒng),且取得了較好的控制效果。但是,由于兩輪自平衡小車的非線性和時變性,以及小車使用環(huán)境的不確定性,使得
2、PID控制算法難以實現(xiàn)對小車長時間的精確控制。神經(jīng)網(wǎng)絡具有非線性映射、自學習和自適應以及容錯能力強等特點,因此本文利用神經(jīng)網(wǎng)絡的自學習能力,實時優(yōu)化PID控制器參數(shù),以改善控制器的控制效果,主要工作包括:
1.分析了兩輪自平衡小車保持平衡的實現(xiàn)方法、控制原理以及自平衡車控制的關(guān)鍵技術(shù)。
2.深入研究兩輪自平衡小車的姿態(tài)測量原理,提出了基于卡爾曼濾波算法實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合的方法,對兩輪自平衡小車車體姿態(tài)進行最優(yōu)估計。建立卡爾
3、曼濾波函數(shù),并利用MATLAB完成卡爾曼濾波器的仿真與實現(xiàn)。
3.采用神經(jīng)網(wǎng)絡PID的方法優(yōu)化控制器參數(shù)。搭建了基于神經(jīng)網(wǎng)絡PID的系統(tǒng)辨識器,預測小車狀態(tài),并根據(jù)辨識的狀態(tài)訓練神經(jīng)網(wǎng)絡控制器,實現(xiàn)對 PID控制參數(shù)的優(yōu)化。
4.設計并搭建了以DSP TMS320F2812為控制核心的硬件系統(tǒng),開發(fā)了控制軟件,并以兩輪自平衡小車的直立控制性能、速度控制性能、方向控制性能為評價指標,進行了對比試驗。試驗結(jié)果表明,兩輪自
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