兩輪自平衡機(jī)器人建模及智能控制研究.pdf

1、在輪式移動(dòng)機(jī)器人中,兩輪自平衡機(jī)器人是一種重要的仿生系統(tǒng),它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、運(yùn)動(dòng)靈活等諸多優(yōu)點(diǎn),在社會(huì)和工業(yè)應(yīng)用中具有很大的發(fā)展前景,作為代步工具,兩輪自衡機(jī)器人具有廣闊的發(fā)展空間,對兩輪自衡機(jī)器人研究具有很高的商業(yè)價(jià)值和研究價(jià)值,本文針對兩輪自衡機(jī)器人絕對不穩(wěn)定的特點(diǎn),對其平衡控制問題進(jìn)行了研究。在分析和借鑒國內(nèi)外兩輪自平衡機(jī)器人的基礎(chǔ)上,對研究對象的硬件結(jié)構(gòu)及其主要元部件做了詳細(xì)介紹,分析了其電系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和狀態(tài)檢測

2、系統(tǒng)等工作原理。采用牛頓力學(xué)分析和拉格朗日方程兩種方法對系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模,并對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、能控能觀性以及相對能控度等做了定性分析。在控制方法上,首先針對兩輪自平衡機(jī)器人平衡點(diǎn)線性化模型,采用現(xiàn)代控制理論經(jīng)典的極點(diǎn)配置方法設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋控制器,對初始傾角及初始位移控制進(jìn)行了仿真分析,其次采用最小二乘法辨識狀態(tài)反饋線性控制器參數(shù),即先對兩輪自平衡機(jī)器人非線性模型多點(diǎn)線性化,再對線性化模型集合采用極點(diǎn)配置方法得到一組控制的輸入輸出數(shù)據(jù),利用

3、這些數(shù)據(jù),通過最小二乘法辨識得到狀態(tài)反饋矩陣的參數(shù),對最小二乘法辨識狀態(tài)反饋控制和極點(diǎn)配置控制進(jìn)行了比較。最后,在線性控制的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步設(shè)計(jì)智能控制器:模糊-比例微分(Fuzzy-PD)控制器的設(shè)計(jì),模糊比例微分控制即位移模糊控制與傾角比例微分控制相結(jié)合,給出一種估計(jì)模糊控制器輸入輸出比例因子的方法,并就輸入輸出比例因子變化對控制效果的影響進(jìn)行了分析；模糊神經(jīng)控制器的設(shè)計(jì),采用自適應(yīng)模糊神經(jīng)控制實(shí)現(xiàn)樣本數(shù)據(jù)的控制,利用自適應(yīng)神經(jīng)模糊推