基于動態(tài)解耦與終端滑模技術(shù)的垂擺式兩輪車控制研究.pdf

1、垂擺式兩輪車是兩輪機(jī)器人的一種，其重心位于車輪軸線下方，是一種本質(zhì)穩(wěn)定的系統(tǒng)。兩輪車以體積小、轉(zhuǎn)彎靈敏、活動范圍小等優(yōu)勢在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用，但兩輪車系統(tǒng)也存在欠驅(qū)動、耦合、非完整約束等問題，因此在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計時需要綜合考慮這些復(fù)雜因素，從而使垂擺式兩輪車實現(xiàn)預(yù)定控制目標(biāo)具有一定的挑戰(zhàn)性。
　　首先，在深入剖析垂擺式兩輪車物理模型的基礎(chǔ)上，建立兩輪車系統(tǒng)的力學(xué)模型。垂擺式兩輪車系統(tǒng)在設(shè)計其物理結(jié)構(gòu)時將其重力擺放在車輪軸線下方，便

2、于系統(tǒng)能夠滿足自身的穩(wěn)定性要求，并在此物理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上了解系統(tǒng)的運動機(jī)理。垂擺式兩輪車物理模型建立后還要進(jìn)行系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定，以便基于Euler-Lagrange公式法建立垂擺式兩輪車系統(tǒng)力學(xué)模型。
　　其次，基于系統(tǒng)力學(xué)模型動態(tài)解耦算法，提出垂擺式兩輪車穩(wěn)定運行所需的子系統(tǒng)控制器的設(shè)計方法。為方便進(jìn)行垂擺式兩輪車系統(tǒng)控制器的設(shè)計，其力學(xué)模型中的耦合問題要先得到處理，所以本文對系統(tǒng)引入動態(tài)解耦算法進(jìn)行解耦，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為不帶耦合的理想

3、系統(tǒng)。解耦后系統(tǒng)能夠分為前進(jìn)子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)，再分別進(jìn)行控制器的設(shè)計以及仿真分析。
　　再次，應(yīng)用terminal滑?？刂评碚?，使垂擺式兩輪車跟蹤誤差能夠在有限時間快速收斂。系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定運行后，為進(jìn)一步控制其運行軌跡，引入terminal滑?？刂评碚摚⒃摾碚搼?yīng)用于兩輪車的軌跡跟蹤控制，從而能夠根據(jù)系統(tǒng)的需要設(shè)計其收斂時間，然后分別應(yīng)用Lyapunov函數(shù)直接法和快速終端滑模算法進(jìn)行軌跡跟蹤控制器的設(shè)計，驗證terminal滑