自平衡两轮电动车控制系统仿真研究

首先分析了自平衡两轮电动车的数学模型和无刷直流电机(BLDC)的数学模型,之后在MATLAB/SIMULINK中分别建立了自平衡两轮电动车的机械仿真模型以及无刷直流电机的转速和电流双闭环驱动系统的仿真模型。分别采用PID控制算法和模糊控制算法作为自平衡两轮电动车系统的平衡控制算法,联合了自平衡两轮电动车的机械模型和无刷直流电机双闭环驱动模型,从而建立了自平衡两轮车控制系统的仿真模型。仿真结果表明模糊控制器更适用于本系统,并通过改变车身质量和车身质心高度来检验自平衡车系统算法的鲁棒性,对比分析了实验结果。     

OC学习机制的两轮平衡车模糊自平衡控制

针对两轮平衡车的自平衡控制问题,为了提高平衡车自学习和自平衡能力,受操作条件反射原理启发,以模糊规则为基本模型,引入学习OC学习机制,提出一种具有学习能力的模糊控制器,能够使平衡车自主学习获得模糊控制规则,实现控制器设计自动化。OC学习机制根据状态的评价值序列对模糊规则表进行修正,经过多次修正后,可针对每一个状态获得合理的输出。仿真实验表明,控制器能够自主设计模糊规则,具有一定自主学习能力。两轮平衡车在多次迭代学习后可以自主从倾角不稳定恢复到直立平衡状态。     

一种新型全控式自平衡爬楼车的设计与研究

为了解决全控式爬楼车工作时振动和冲击较大的问题,论文提出了一种全控式自平衡爬楼车的设计。本设计在爬楼的行星轮中间增加旋转的充气轮,增加了爬楼车的爬升和缓冲能力,通过模型的受力分析,验证了该设计的可行性;根据单摆平衡原理增加了自平衡控制,通过等比缩放模型的理论计算,验证了该控制的有效性,爬楼车重心更加平稳,减少了振动。对本设计的实物进行了测试,证明了理论推导的准确性。     

两轮小车姿态检测与平衡控制研究

在两轮自平衡小车基础上,完成了基于加速度计和陀螺仪的姿态检测,运用互补滤波算法对数据进行了融合处理,结合PID控制器,实现了小车的自平衡及运动控制。绘制了各传感器及融合后的数据波形,通过实际的运行,表明了该方案可以实现两轮自平衡小车的精确控制。     

两轮自平衡机器人转向稳定性优化研究

由于两轮自平衡机器人具有占地小、可零半径转弯等特点,该类机器人被广泛用于个人交通工具和机器人移动平台。当两轮自平衡机器人快速转向时,由于重心较高,机器人受离心力影响容易侧向倾覆。针对两轮自平衡机器人转向稳定性进行了分析,在此基础上为传统两轮自平衡机器人增加了摇摆自由度。利用摇摆自由度,机器人可以在转向时主动配置重心位置,进而提高了机器人转向稳定性和安全性。在建立机器人动力学模型基础上,设计了摆动自由度控制器,并通过实验验证了可行性而有效性。     

基于自抗扰控制算法的两轮自平衡车分析

为解决两轮自平衡车因系统的不确定和驾驶者的不同而导致它的系统参数变化的问题,将自抗扰控制(ADRC)技术应用到两轮自平衡车的自适应控制中。该系统是以加速度计、陀螺仪为姿态传感器,与连有同轴的永磁有刷直流电机为执行机构的两轮自平衡车,考虑车轮与地面的摩擦力因素,通过物理学分析,运用牛顿力学方程建立了系统对应的非线性数学模型,得到了其状态空间方程,将系统解耦成平衡与转向两个独立的子系统,应用自抗扰控制技术估算出系统的总扰动,对系统进行了控制补偿,提出了基于自抗扰控制算法来实现两轮自平衡车的控制的方法。在Matlab中的Simulink模型/建模平台上进行了仿真评价,并通过搭建实验平台进行了不同路况的试验验证。试验结果表明:自抗扰控制技术能够满足两轮自平衡车控制的目标,可以用来控制两轮自平衡车系统。     

两轮自平衡车的吸引区域估算方法

在很多情况下,精确求解系统的吸引区域是非常困难的。以两轮自平衡车为例,利用二次Lyapunov函数的坐标变换方法来扩大吸引区域估算值。通过与吸引区域估算结果的对比,证明该坐标变换方法的有效性和计算的简便性。最后运用开源的Python程序仿真验证了在吸引区域范围内的初始条件,均可通过PID线性控制器使车体平衡稳定。     

两轮自平衡机器人双闭环PID控制

两轮自平衡机器人是一个非完整的欠驱动系统,由两个独立且共轴的电机通过驱动车轮来控制机器人的平衡和行走。两轮自平衡机器人是一个倒立摆系统,极不稳定,需要施加有效的控制手段才能使其平衡。文章用牛顿力学构造了系统的非线性数学模型,并简化为线性模型,通过双闭环PID算法控制机器人的平衡。实验结果表明,此方法可以使机器人有较好的稳定性。     

自平衡车控制方法研究及仿真分析

针对自平衡车的自平衡阶段控制和转向阶段控制问题,提出了基于参数优化自抗扰技术和改进PID技术的自平衡车控制方法,首先基于拉格朗日公式建立自平衡车非线性模型及其控制策略,运用自适应进化算法进行模型参数的优化调整,调然后用过滤过程安排改进的PID控制策略进行模型转向控制,最后使用Matlab/Simulink进行自平衡车控制效果仿真分析。仿真实验结果表明,提出的控制策略能够快速调整平衡车姿态,且具有较好的控制平衡和转向精度以及较强的抗干扰能力。     

两轮直立自平衡寻迹小车控制系统的研究

相比于传统四轮车,两轮车的转弯半径大大减小,因此两轮小车行动更加灵活方便。针对课题的要求,以Freescale公司的MC9S12系列16位单片机作为主控芯片,利用车模两后轮驱动的特点,实现两轮直立行走;采用电磁传感器进行路径信息采集,实现两轮直立车的寻迹;采集直立车行走的速度信号,实现两轮直立车的速度控制。     

基于PID神经网络的两轮自平衡小车研究

在两轮自平衡小车的基础上,运用神经网络对两轮小车的控制器参数进行了优化。首先,搭建了基于AVR的两轮自平衡小车;其次,利用PID神经网络对两轮小车进行了系统辨识,并利用辨识结果对小车控制器参数进行调整,最终优化了控制器参数,改善了两轮小车的平衡性能。     

两轮车机器人原地定位平衡的双幂次滑模控制

针对一种两轮自行车机器人(Segway状态),采用双幂次滑模控制方法研究该机器人原地定位平衡控制问题.根据査普雷金方程的力学建模原理,结合机械化建模方法建立系统动力学模型;取车架俯仰角和车轮转角为输出、车轮电机力矩为输入设计双幂次滑模控制器;对系统进行数值仿真和物理样机实验研究,与其他控制器(部分反馈线性化、普通滑模等)下的控制效果进行对比,分析了双幂次滑模控制器原地定位平衡运动控制的性能.研究结果表明:双幂次滑模控制方法下的两轮车机器人原地定位平衡控制具有更强的抗干扰能力,俯仰角可由初始倾角快速调整到0附近,且具有更短的调整时间和更小的超调量.本研究可为该类型机器人在选择实现平衡运动的控制方法时提供参考和理论基础.     

基于STM32的两轮自平衡车设计

针对平衡车控制系统运行不稳定,操控的准确度和灵敏度不佳等问题,设计一种以STM32F405RGT6微处理器为主控制器的两轮自平衡车控制系统,包括硬件和软件系统,利用MPU6050传感器检测两轮自平衡车的倾角和速度,经过STM32控制器处理后控制电机调整车身状态保持平衡.由于陀螺仪和加速度计在测量时存在测量误差和零点漂移,利用Kalman滤波算法进行测量数据融合得到平衡车最优的倾角和角速度近似值作为反馈,通过PID控制算法实现两轮平衡车的稳定控制.最后通过实验验证了两轮自平衡车硬件系统、软件控制算法的工程有效性和可行性.     

基于STM32的两轮自平衡车设计

针对平衡车控制系统运行不稳定,操控的准确度和灵敏度不佳等问题,设计一种以STM32F405RGT6微处理器为主控制器的两轮自平衡车控制系统,包括硬件和软件系统,利用MPU6050传感器检测两轮自平衡车的倾角和速度,经过STM32控制器处理后控制电机调整车身状态保持平衡.由于陀螺仪和加速度计在测量时存在测量误差和零点漂移,利用Kalman滤波算法进行测量数据融合得到平衡车最优的倾角和角速度近似值作为反馈,通过PID控制算法实现两轮平衡车的稳定控制.最后通过实验验证了两轮自平衡车硬件系统、软件控制算法的工程有效性和可行性.     

基于两轮自平衡小车的H∞和LQR控制方法对比研究

基于两轮自平衡小车平台,针对目前欠驱动系统较成熟的控制方法对比缺乏的问题,应用仿真对比、实物验证的方法,对目前较为理想的H_∞控制和LQR控制两种控制方法进行了理论上的对比,证明了H_∞控制策略在理论上是更具实际意义的控制系统。通过在相同的初始条件和控制结构下进行联合对比仿真,对仿真结果的角度、角速度、位置、速度四个指标进行了对比分析。最后用实物实验进行了验证,得出了"针对欠驱动系统H_∞控制优于LQR控制"这一结论,对以后欠驱动系统的控制具有一定的参考价值。     

基于MATLAB的两轮自平衡小车系统模型辨识

针对某两轮自平衡小车进行了系统模型辨识,通过示波器采集实际输入输出数据,运用MATLAB软件环境下的系统辨识工具箱进行了数据的预处理、模型类型的选择、参数估计以及模型验证和比较等工作,并最终确定系统模型,为两轮自平衡小车控制系统的设计提供依据。     

基于两轮自平衡机器人组合定位方法的研究

对两轮自平衡机器人的运动控制过程中相对定位的问题进行了研究.根据两轮自平衡车的特点,对诸如车轮打滑、碰撞、越障及转向等运动情况下的位置传感器和姿态传感器的信号进行了分析,提出了将光电码盘、MEMS陀螺仪与MEMS加速度计数据融合的方法,对机器人的位姿进行检测估计,从而解决了采用传统的单一位置传感器对机器人测程不准确的问题.同时也降低了陀螺仪、加速度计固有漂移的不利影响,提高了两轮自平衡机器人的定位精度.通过对两轮机器人分别进行直线运动实验、越障实验和异常碰撞试验,验证了两轮自平衡机器人组合定位方法的合理性和有效性.     

磁势自平衡回馈补偿式直流传感器频谱分析

根据磁势自平衡回馈补偿式直流传感机理,得出了磁势自平衡回路的电流波形曲线.通过对电流波形的分析,拟合出描述电流波形的数学表达式,并对其进行了频谱分析,绘制出各次谐波电流均方根值的频谱图.     

基于两轮自平衡小车的模糊自适应补偿算法研究

基于两轮自平衡小车平台,针对目前模糊控制和自适应控制结合较少,实物验证缺乏的问题,应用仿真对比、实物验证的方法,对设计的模糊自适应控制器的稳定性和有效性进行了理论上的分析,证明了模糊自适应算法的可行性。通过在相同的初始条件和控制结构下进行仿真实验,并对仿真结果的角度、角速度两个跟踪指标与预设函数进行了对比分析。最后用实物实验进行了验证,得出了糊自适应算法能实时地对未知外部干扰和建模不确定性进行自适应模糊补偿这一结论,对以后欠驱动系统的控制具有一定的参考价值。     

平衡重式叉车防侧翻模型预测控制研究

为降低叉车在高速转向时发生侧翻的概率,设计了一种液压支撑油缸作为执行机构,为叉车提供侧向支撑力.针对叉车行驶过程中的安全域判断问题,提出基于零力矩点的叉车行驶状态划分策略,以零力矩点沿侧向分量与叉车支撑平面的关系作为划分依据,并考虑侧翻过程中叉车支撑平面的变化,将叉车侧倾过程分为安全行驶、危险可控以及临界侧翻3个阶段:...