自平衡載人電動(dòng)獨(dú)輪車的控制系統(tǒng)研究.pdf

1、本文研究的是一種可以作為新型代步工具的自平衡載人電動(dòng)獨(dú)輪車。圍繞著動(dòng)力學(xué)模型與分析、姿態(tài)信息準(zhǔn)確獲取、姿態(tài)平衡控制和電機(jī)控制策略對(duì)電動(dòng)獨(dú)輪車進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究。
　　首先，基于電動(dòng)獨(dú)輪車實(shí)際運(yùn)行情況和對(duì)運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行合理假設(shè)，采用牛頓法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模。利用系統(tǒng)的線性化模型，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，能控、能觀性進(jìn)行分析，并分析因騎行者不同導(dǎo)致模型參數(shù)變化帶來的影響。建立的模型和相關(guān)的動(dòng)力學(xué)特性分析為電動(dòng)獨(dú)輪車的控制提供了一定的理論基礎(chǔ)。

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　　其次，在分析常用慣性元件特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合電動(dòng)獨(dú)輪車的控制要求，選用陀螺儀和加速度計(jì)來測量電動(dòng)獨(dú)輪車的姿態(tài)信息，利用合適的姿態(tài)更新算法和濾波融合技術(shù)，來獲得更加準(zhǔn)確的姿態(tài)信息，為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)獨(dú)輪車的姿態(tài)平衡控制建立基礎(chǔ)。
　　再次，為提高姿態(tài)平衡控制器的控制性能，運(yùn)用模糊控制的相關(guān)知識(shí)將非線性特性引入到線性PD控制器中，補(bǔ)償被控系統(tǒng)中本身存在的非線性。結(jié)合電動(dòng)獨(dú)輪車動(dòng)力學(xué)模型的非線性特點(diǎn)與其實(shí)際運(yùn)行情況，制定模糊控制規(guī)則表

3、，并通過電動(dòng)獨(dú)輪車的小角度啟動(dòng)自平衡和脈沖干擾仿真實(shí)驗(yàn)，與線性PD控制器進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的自適應(yīng)模糊PD控制器具備更好的動(dòng)靜態(tài)性能。
　　最后，結(jié)合自適應(yīng)模糊PD控制和永磁同步電機(jī)矢量控制策略，建立包括姿態(tài)環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)的自平衡載人電動(dòng)獨(dú)輪車控制系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)獨(dú)輪車的姿態(tài)平衡控制，使電動(dòng)獨(dú)輪車具備了自平衡和載人功能。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)速度控制和負(fù)載突變振動(dòng)問題提出了改進(jìn)控制策略，來進(jìn)一步提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和抗干擾能力。搭