獨輪機器人動力學建模及力矩控制研究.pdf

1、本文通過分析獨輪機器人的組成結(jié)構(gòu)，利用Lagrange方程建立了其動力學模型。由于所建動力學模型具有很強的非線性，因此利用泰勒級數(shù)在機器人的平衡點上對所建立的機器人動力學模型進行了線性化處理。完成獨輪機器人動力學模型的線性化處理之后，將線性化后的機器人動力學模型轉(zhuǎn)換成了更加簡單實用的狀態(tài)方程。然后利用仿真軟件對所建立的獨輪機器人動力學模型進行了仿真驗證。仿真實驗結(jié)果表明，本次所建立的獨輪機器人動力學模型符合物理實際，驗證了所建動力學模型

2、的正確性。最后，基于所建立的獨輪機器人線性狀態(tài)方程，通過利用狀態(tài)反饋控制算法，設計了獨輪機器人自平衡控制算法，并對所設計的獨輪機器人平衡控制算法進行了仿真實驗。實驗結(jié)果表明所設計的算法穩(wěn)定有效、具有較好的魯棒性和抗干擾性。
　　本研究進行了獨輪機器人下層驅(qū)動控制系統(tǒng)硬件以及驅(qū)動控制算法的設計。首先，利用Microchip公司的高性能數(shù)字信號控制芯片dsPIC30F4012設計了直流電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的控制器，然后利用IR公司的高壓集

3、成驅(qū)動芯片IR2130設計了直流電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的驅(qū)動電路，最后利用IR公司的全控型MOSFET芯片IRFS4710完成了逆變電路的設計。所設計的直流電機驅(qū)動控制系統(tǒng)硬件電路在后續(xù)的實驗驗證中得到了應用，在應用過程中發(fā)現(xiàn)所設計的電路穩(wěn)定有效，能很好地完成所設計的實驗任務。完成直流電機驅(qū)動控制系統(tǒng)硬件電路的設計之后，基于所建立的直流電機數(shù)學模型，本文還設計了直流電機轉(zhuǎn)矩伺服控制算法，其中電流狀態(tài)觀測器是整個算法的核心。完成算法的設計之后，