兩輪自平衡電動車行進(jìn)控制技術(shù)研究.pdf

1、兩輪自平衡電動車采用清潔的電能作為動力,并具有體型小巧、轉(zhuǎn)彎靈活等特點,針對汽車尾氣污染、交通擁堵等問題提出了解決方案,符合當(dāng)代社會的發(fā)展需求。兩輪自平衡電動車系統(tǒng)具有非線性、欠驅(qū)動、強耦合和不穩(wěn)定等特點,是研究控制策略的理想實驗平臺,國內(nèi)外眾多學(xué)者都進(jìn)行了相關(guān)研究。因此,對兩輪自平衡電動車的運動控制問題展開研究具有重要的理論研究價值和實際意義。
　　本文首先應(yīng)用牛頓經(jīng)典力學(xué)建立了兩輪自平衡電動車系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,為了便于設(shè)計控制系

2、統(tǒng),在平衡點附近對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了近似線性化處理。通過仿真實驗驗證了數(shù)學(xué)模型的正確性。通過加入解耦單元實現(xiàn)了系統(tǒng)的解耦,使模型更加簡化,便于進(jìn)行控制器設(shè)計。為了加深對系統(tǒng)的認(rèn)識,對系統(tǒng)的能控性、能觀性、最大上坡角度和可控角度進(jìn)行了分析,得到了系統(tǒng)設(shè)計的指導(dǎo)性結(jié)論。設(shè)計了狀態(tài)反饋控制器,通過仿真實驗證明其實現(xiàn)了系統(tǒng)的平衡及速度控制。參數(shù)不確定性這一特點使系統(tǒng)對控制器的魯棒性要求較高,進(jìn)而提出了滑模變結(jié)構(gòu)控制策略,并通過仿真實驗證明了它的有效

3、性。然而滑模變結(jié)構(gòu)控制引起了系統(tǒng)的抖振,進(jìn)而采用準(zhǔn)滑動模態(tài)法對滑?？刂破骷右愿倪M(jìn),以削弱系統(tǒng)抖振。通過仿真實驗對三種控制方法進(jìn)行比較,證明準(zhǔn)滑?？刂葡讼到y(tǒng)抖振,且具有較強的魯棒性,綜合性能較好?；谝陨侠碚?對兩輪自平衡電動車系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了設(shè)計,其主要由控制器、傾角檢測機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)、操縱裝置、ZigBee無線收發(fā)裝置和供電機構(gòu)六部分組成。最后,分別進(jìn)行了控制器和無線收發(fā)裝置的軟件設(shè)計,并進(jìn)行了實物實驗,實驗結(jié)果表明本文所設(shè)計的控