基于嵌入式的數(shù)字控制器設(shè)計與實(shí)時性分析.pdf

1、自行車機(jī)器人的自平衡控制是機(jī)器人領(lǐng)域的一個難點(diǎn)問題，國內(nèi)外目前的研究大多還停留在初步的理論探討上。本課題在前人研究的基礎(chǔ)上，對自行車機(jī)器人的控制作了更深刻的探討，設(shè)計出了完整的數(shù)字控制系統(tǒng)，并且做了大量的實(shí)驗(yàn)對其進(jìn)行驗(yàn)證，分析了數(shù)字控制器的實(shí)時性。 本文首先總結(jié)了前人在自行車機(jī)器人動力學(xué)模型上的研究成果，在依靠調(diào)節(jié)車把保證自行車機(jī)器人平衡的非線性動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，為自行車機(jī)器人設(shè)計了基于二次型最優(yōu)控制理論的數(shù)字控制器，并分析了

2、該系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可控性與可觀測性。接下來，詳細(xì)介紹了用于驗(yàn)證該控制系統(tǒng)有效性的基于嵌入式平臺的硬件設(shè)計方案和軟件模塊。設(shè)計了一套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過使用USB存儲設(shè)備，可以在自行車機(jī)器人行駛過程中隨時記錄其傾斜角度和同一時刻的車把旋轉(zhuǎn)角度，為每次實(shí)驗(yàn)后的總結(jié)工作提供了第一手的材料。 在自行車機(jī)器人的運(yùn)行過程中，控制系統(tǒng)需要及時根據(jù)自行車機(jī)器人的當(dāng)前狀態(tài)來向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令以確保車體的平衡，這就對系統(tǒng)的實(shí)時性提出了很高的要求。