兩輪自平衡倒立擺式機(jī)器人的建模與控制.pdf

1、兩輪自平衡倒立擺式機(jī)器人系統(tǒng)具有強(qiáng)非線性、多變量和自然的不穩(wěn)定性，是驗(yàn)證控制算法的良好平臺(tái)。輪式倒立擺的體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活性強(qiáng)，可以在狹小或者相對(duì)危險(xiǎn)的地方工作，能夠載人載物，并具有較低耗能。因此由于其自身的動(dòng)力學(xué)特性和其廣泛的應(yīng)用背景，兩輪自平衡倒立擺式機(jī)器人系統(tǒng)的控制研究得到格外的關(guān)注。
　　本文以輪式倒立擺為研究對(duì)象，針對(duì)輪式倒立擺的平衡和速度跟蹤問題進(jìn)行了研究。首先采用牛頓力學(xué)建立了輪式倒立擺的數(shù)學(xué)建模，將得到的非線性

2、模型分解成平衡前進(jìn)子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)。作為研究的重點(diǎn)，平衡前進(jìn)子系統(tǒng)采用雙冪次趨近律進(jìn)行控制。通過仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的響應(yīng)曲線存在一定的抖振。因此為了減小抖振，引入了邊界層對(duì)趨近律進(jìn)行改進(jìn)，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定并減小抖振，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的平衡控制。
　　研究輪式倒立擺的速度跟蹤問題。滑模面設(shè)計(jì)成速度跟蹤誤差和傾角跟蹤誤差加權(quán)和的形式。并通過滑模的到達(dá)條件得到了系統(tǒng)的控制律。在控制器的設(shè)計(jì)中，將模型的不確定性和外部干擾也考慮在內(nèi)。最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)