獨(dú)輪機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模及力矩控制研究.pdf

1、本文通過分析獨(dú)輪機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)，利用Lagrange方程建立了其動(dòng)力學(xué)模型。由于所建動(dòng)力學(xué)模型具有很強(qiáng)的非線性，因此利用泰勒級(jí)數(shù)在機(jī)器人的平衡點(diǎn)上對(duì)所建立的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了線性化處理。完成獨(dú)輪機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型的線性化處理之后，將線性化后的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型轉(zhuǎn)換成了更加簡單實(shí)用的狀態(tài)方程。然后利用仿真軟件對(duì)所建立的獨(dú)輪機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本次所建立的獨(dú)輪機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型符合物理實(shí)際，驗(yàn)證了所建動(dòng)力學(xué)模型

2、的正確性。最后，基于所建立的獨(dú)輪機(jī)器人線性狀態(tài)方程，通過利用狀態(tài)反饋控制算法，設(shè)計(jì)了獨(dú)輪機(jī)器人自平衡控制算法，并對(duì)所設(shè)計(jì)的獨(dú)輪機(jī)器人平衡控制算法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的算法穩(wěn)定有效、具有較好的魯棒性和抗干擾性。
　　本研究進(jìn)行了獨(dú)輪機(jī)器人下層驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件以及驅(qū)動(dòng)控制算法的設(shè)計(jì)。首先，利用Microchip公司的高性能數(shù)字信號(hào)控制芯片dsPIC30F4012設(shè)計(jì)了直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制器，然后利用IR公司的高壓集

3、成驅(qū)動(dòng)芯片IR2130設(shè)計(jì)了直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路，最后利用IR公司的全控型MOSFET芯片IRFS4710完成了逆變電路的設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件電路在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中得到了應(yīng)用，在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的電路穩(wěn)定有效，能很好地完成所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。完成直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)之后，基于所建立的直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型，本文還設(shè)計(jì)了直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩伺服控制算法，其中電流狀態(tài)觀測器是整個(gè)算法的核心。完成算法的設(shè)計(jì)之后，