一種雙輪車冗余控制系統(tǒng)的研制.pdf

1、目前平面移動(dòng)機(jī)器人已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但是基于雙輪式自平衡移動(dòng)機(jī)器人的研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)起步較晚，有關(guān)方面的應(yīng)用技術(shù)有待更好的發(fā)展。雙輪式自平衡移動(dòng)機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)靈活、適合在狹小和危險(xiǎn)的空間內(nèi)工作等優(yōu)點(diǎn)，因此在民用、軍用、航天上有著廣泛的應(yīng)用前景。本文將對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制算法設(shè)計(jì)、雙繞組無(wú)刷電機(jī)的冗余控制方法和電源管理方面進(jìn)行一些研究。 雙輪自平衡移動(dòng)機(jī)器人的自平衡控制是基于倒立擺的平衡控制原理，而倒立擺控制系統(tǒng)是非線性

2、、強(qiáng)耦合、多變量和自然不穩(wěn)定的系統(tǒng)。系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制是首先要解決的問(wèn)題，本文采用拉格朗日法建立了自平衡雙輪車在平衡點(diǎn)附近的線性化數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換得出系統(tǒng)解藕控制模型，減輕了軟件系統(tǒng)控制設(shè)置的復(fù)雜性。接著應(yīng)用MATLAB計(jì)算分析了系統(tǒng)的可控制性和狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置問(wèn)題。 采用DSP2407A作為主控器、IR2110作為驅(qū)動(dòng)芯片，與系統(tǒng)的傾斜角傳感器陀螺儀、光電碼盤、雙繞組三相無(wú)刷電機(jī)一起構(gòu)成了自平衡雙輪車的穩(wěn)定控制系統(tǒng)硬件

3、組成。在軟件設(shè)置方面，采用具有一定自適應(yīng)能力的“變參數(shù)”PID算法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的平衡控制；采用車輪位置“前饋”控制方法解決了車輪轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的機(jī)械誤差；同時(shí)采用“軟啟動(dòng)”方法解決了電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大沖擊力的問(wèn)題。 為了提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，設(shè)計(jì)了高可靠性的硬件系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)供電電源的在線自動(dòng)檢測(cè)、故障保護(hù)功能。文章將采用兩套功能相同的控制器和驅(qū)動(dòng)器即所謂的“二模冗余控制”對(duì)雙繞組無(wú)刷電機(jī)的兩套獨(dú)立繞組進(jìn)行冗余控