基于魯棒H∞控制器的自平衡機器人設計.pdf

1、自平衡機器人是一個典型的非線性、強耦合的被控對象，對其控制系統(tǒng)的設計與分析，可以拓展到如飛行器、機器人等相關的非線性控制領域，故有著極為巨大的研究價值。
　　 本文從自平衡機器人的控制器性能角度出發(fā)，首先對其整體硬件系統(tǒng)進行了選擇與分析，其中包括了以DSP2812為核心的主控系統(tǒng)，基于數(shù)據(jù)融合方法的陀螺儀與角加速度計的姿態(tài)測量系統(tǒng)，電機伺服控制系統(tǒng)，以及電源模塊。而后通過建立非線性數(shù)學模型的方法，進而確定自平衡機器人的運動特性。

2、其中，使用拉格朗日方法分別建立了兩種等價的，分別適用于非線性仿真與控制器設計的兩種非線性模型，并對其線性化方法進行了一個有益的探討，最終結合仿真結果進行說明。在其控制系統(tǒng)的設計中，使用了基于模型的開發(fā)方法，即控制系統(tǒng)中的基于(Ⅴ)模式的開發(fā)方法，使理論與實際達到完美的統(tǒng)一。
　　 自平衡機器人的品質(zhì)特性至關重要，但由于自平衡機器人本身沒有固定的結構形式，故對于不同結構類型的機器人而言其姿態(tài)感知系統(tǒng)，以及伺服控制系統(tǒng)各不相同。如:

3、對許多小型的自平衡機器人而言，由于其自身質(zhì)量小，質(zhì)心低，故可以省去數(shù)據(jù)融合算法以及伺服控制部分。但對于本自平衡機器人而言，姿態(tài)感知融合部分，以及伺服控制部分是不可或缺的。因此，在此自平衡機器人系統(tǒng)中，加入了Kalman傳感器數(shù)據(jù)融合算法，以及基于電機安全性考慮的雙電機同步控制研究，最終通過仿真與實物驗證加以說明。
　　 自平衡機器人屬于動平衡系統(tǒng)，其本質(zhì)也是一個自然不穩(wěn)定系統(tǒng)，故對其魯棒性進行分析有著極為重要的價值。在自平衡機器