自平衡控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、自平衡控制系統(tǒng)的主要特征就是以系統(tǒng)在垂直方向上的角度或水平方向上的位移為控制對(duì)象,使其控制在一定的范圍內(nèi).在實(shí)際中所見到的重心在上、支點(diǎn)在下的控制系統(tǒng)就是一個(gè)自平衡控制系統(tǒng).該論文提出的自平衡控制系統(tǒng)具有以下主要特點(diǎn):與傳統(tǒng)的自平衡系統(tǒng)相比,負(fù)載狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)是變化;負(fù)載本身具有生理上的平衡調(diào)節(jié)功能;系統(tǒng)不但要保持靜態(tài)平衡而且要在運(yùn)動(dòng)中保持動(dòng)態(tài)平衡.這些特點(diǎn)決定了系統(tǒng)控制的復(fù)雜性,系統(tǒng)穩(wěn)定性的解決需要綜合考慮各種控制理論和控制方法,特別

2、是先進(jìn)控制理論的應(yīng)用.該文的研究成果,將為復(fù)雜的非線性、不確定性系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制提供一個(gè)技術(shù)支持平臺(tái),同時(shí)對(duì)于兩足行走機(jī)器人、火箭垂直度等自平衡控制系統(tǒng)的研究具有重要的參考作用.該文的主要研究?jī)?nèi)容包括:系統(tǒng)力學(xué)分析與建模、控制理論與應(yīng)用、控制技術(shù)與實(shí)現(xiàn).1、建立系統(tǒng)空間坐標(biāo)系,應(yīng)用動(dòng)力學(xué)理論對(duì)自平衡小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、受力情況進(jìn)行分析,最后得到系統(tǒng)模型,為控制理論和控制方法的研究奠定基礎(chǔ).2、在平衡點(diǎn)附近,對(duì)系統(tǒng)模型的分析和系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算證明

3、系統(tǒng)是可控的,應(yīng)用線性控制理論對(duì)系統(tǒng)加以控制,通過(guò)系統(tǒng)仿真得到一組狀態(tài)反饋數(shù)據(jù),在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出狀態(tài)反饋控制器.3、為了在大范圍內(nèi)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制,采用雙回路模糊控制器,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明這種控制方法比傳統(tǒng)的以誤差和誤差變化率為輸入的二維模糊控制器更能反映自平衡系統(tǒng)的控制特點(diǎn).應(yīng)用參數(shù)模糊自整定PID控制器解決自平衡系統(tǒng)存在不確定性和非線性問(wèn)題,通過(guò)對(duì)參數(shù)的自整定,當(dāng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化時(shí)能自動(dòng)跟蹤改變,使得控制方法具有智能性,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明其有效

4、性和合理性.4、對(duì)于所研究的控制方法,以系統(tǒng)輸出誤差目標(biāo)函數(shù)為依據(jù),計(jì)算和調(diào)整動(dòng)態(tài)加權(quán)系數(shù),作用于控制器的輸出,最大限度地發(fā)揮它們的控制特點(diǎn),最后完成對(duì)自平衡系統(tǒng)的有效和穩(wěn)定的控制.5、設(shè)計(jì)一個(gè)高效合理的電路對(duì)于控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)顯得尤為重要.在自平衡小車的硬件中,設(shè)計(jì)了部分獨(dú)特的控制電路,為系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ).該文還分別用C、VB和MATLAB語(yǔ)言編寫了三種軟件,這些軟件的良好運(yùn)行為完成對(duì)自平衡小車的控制提供了必不可少