獨輪自平衡車控制系統(tǒng)的開發(fā).pdf

1、在城市空氣污染和交通擁堵問題日益嚴(yán)重的今天，獨輪自平衡車因其體積小、攜帶方便、運動靈活等優(yōu)點，越來越受到年輕人士的歡迎。作為一種新型、綠色環(huán)保的代步工具，獨輪自平衡車系統(tǒng)具有典型的高階、非線性、欠驅(qū)動、靜不穩(wěn)定等特性，對其進行建模和姿態(tài)平衡控制的研究已成為目前機器人研究領(lǐng)域的熱點之一。
　　本文在閱讀大量國內(nèi)外相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，就獨輪自平衡車系統(tǒng)的動力學(xué)建模、姿態(tài)檢測方法、姿態(tài)控制策略、電機控制策略等問題進行了分析研究，具體如下:

2、
　　首先，通過對獨輪自平衡車系統(tǒng)工作原理的分析，建立了系統(tǒng)各個部分的動力學(xué)方程，進而推導(dǎo)得到整個系統(tǒng)的動力學(xué)方程，并對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可控性、可觀性等性能進行了分析，為提出獨輪自平衡車的姿態(tài)控制策略提供了理論參考。
　　其次，在分析常用慣性測量元件原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合獨輪自平衡車系統(tǒng)的實際需求，提出了采用加速度計和陀螺儀來獲取車體姿態(tài)信息的方案。為了得到準(zhǔn)確的車體姿態(tài)信息，對傳感器信號的濾波和姿態(tài)解算方法也進行了研究。

3、　　再次，考慮到獨輪自平衡車對姿態(tài)控制性能和能量消耗的要求，本文設(shè)計了一個基于線性二次型調(diào)節(jié)器(LQR)的獨輪自平衡車姿態(tài)控制器，并進行了仿真驗證。結(jié)合獨輪自平衡車姿態(tài)控制策略和永磁同步電機矢量控制方法，建立了一個包括姿態(tài)環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)的多環(huán)獨輪自平衡車控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)獨輪自平衡車的姿態(tài)平衡控制。
　　最后，搭建了獨輪自平衡車控制系統(tǒng)實驗平臺，對獨輪自平衡車姿態(tài)檢測方法、姿態(tài)控制策略、電機控制策略等進行了實驗驗證。結(jié)合當(dāng)前智能