两轮自平衡机器人lqr模糊控制算法研究.pdf

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1、工学硕士学位论文师：武俊峰申请学位级别：学科、专业：所在单位：答辩日期：授予学位单位： ������������������� 哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明�哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书：本学位论文属于口，在年解密后适用授权书。不保密团。�朐谝陨舷嘤Ψ娇蚰诖颉��� 在上述控制策略中，模糊控制部分的量化因子和比例因子主要依赖经验或凑试法来获得。为了得到更理想的控制效果，本文又利用粒子群算法对上述模糊控制器中的量化因子和比例因子进行优化。结果证明经验值与优化值存在差距，并且量化因子与比例因子对整个控制效

2、果有较大影响。最后，针对解耦器设计困难、且理论计算设计出的解耦器与系统实际情况之间存在着一定偏差的难题。本文尝试构造两个融合函数对机器人的六维输入变量进行整体融合，从而取代了原系统中的解耦器，成功地实现了对两轮自平衡机器人的实时控制。最终的仿真和实验结果均表明，该种控制策略是可行的，并有很好的理论和现实意义。 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文�������������������������甌�����產�����������������������������������．����������������������

3、������������������� ���—��������������甌������������ 目����．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．�第�铝铰肿云胶饣�魅说南低趁枋鲇虢�！�����������������系统模型的线性化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．�����模糊控制基本原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．� 哈尔滨理�：大学工学硕士学位论文��本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．���优化目标函数的选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．���解耦器基本概念⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．���双融合��模糊控制器设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯� ��研究的目的与意义利用无人机可以对农作物进行喷药、施肥等操作，也可以建立各种温控系统提高农产品的质量。可以说自动化技术已经渗透到我们生活中的方方面面，对我们现在和未来的生活将发挥着越来越重

5、要的作用。而要想更合理更成熟的利用自动化技术，我们不得不加强自动控制理论的研究，因为控制理论是自动控制的核心【¨。要处理单输入单输出线性问题【�俊＞�淇刂评砺壑械腜�算法是目前最为成熟，在工业中应用也最为广泛的一种控制算法，对工业自动化的发展起到了非常重要的作用。随着社会的快速发展，生产规模变得越来越大也越来越复杂，在这种背景下传统的经典控制理论就显的有些力不从心了，从而促进了现代控制理论的发展。现代控制理论需要建立系统精确的数学模型，一般将数学模型转化为状态空间方程来进行分析。现代控制理论主要是用来处理多输入多输出

6、问题，相比经典控制理论现代控制理论能够更加精确的对系统进行控制。现代控制理论主要由最优控制理论，鲁棒控制，线性系统理论和系统辨识几部分组成【�。虽然，现代控制理论具有很大的优势，但它同样存在着一些不足，如现 从上面的分析中可以看出经典控制和现代控制都有一定的优势，同样也存在着一些不足。为了弥补这些缺点和不足，从上世纪�埽��。年代开始，人们逐渐开始将目光转向智能控制理论的研究。智能控制理论主要由模糊控制，神经网络算法，小波分析，遗传算法，粒子群算法等几部分内容组成。模糊控制理论是以美国扎德教授提出的模糊集合论为基础发

7、展起来的一种控制算法。该算法依赖专家或熟练工人的经验，不需要精确的数学模型，并且具有很强的抗干扰性，在控制领域已经取得了巨大的应用。神经网络可以对系统数据进行训练，建立复杂系统的数学模型，同时具有很强的学习能力，非常适用于机器的自学习功能。正是由于这些特点，使得神经网络成为智能控制领域很重要的一个组��两轮自平衡机器人介绍 哈尔滨理�敬笱�：学硕士学位论文���，两轮分别由电机独立驱动，用陀螺仪测量机身倾角，用编码 哈尔滨理工大学【学硕士学位论文����� 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文图��美国��研制的太空机器人

8、两轮自平衡机器人结构简单，便于分析，并且是一种非线性、多变量、本质不稳定、高耦合的运动控制系统，具有一般机器人的特点。因此，研究两轮自平衡机器人对整个机器人领域的控制器设计都具有十分重要的意义，同时也是检验各种控制算法的理想平台。围绕两轮自平衡机器人控制理论和控制方法的研究，两轮机器人的运动平衡控制这一核心问题的研究工作已有大量文献。平衡的同时