两轮自平衡机器人的自适应模糊滑模控制算法研究

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1、工程硕±学位论文两轮自平衡机器人的自适应模糊潛模控制算法硏究王笑寒哈尔滨理工大学２０１６年３月３国内图书分类号：ＴＰ＾工程硕±学位论文两轮自平衡机器人的自适应模糊滑模控制算法研究硕±研究生：王笑寒导师：武俊峰申请学位级别：工程硕±学科：、专业控制工程所在单位：自动化学院答辩日期：２０１６年３月授予学位单位：哈尔滨理工大学Ｃｌａｓｓ：ｉｆｉｅｄＩｎｄｅｘＴＰ２７３ＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅＭａｓｔｅｒＤｅｇｒｅｅｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉ

2、ｎｇＲｅｓｅａｒｃｈｏｎ乂ｄａｔｉｖｅＦｕｚｚＳｌｉｄｉｎＭｏｄｅＣｏｎ化ｏｌｐｙｇＡ－－ｌｏｒｉ化ｍｏｆＴｗｏＷｈｅｅｌｅｄＳｅｌｆｂａｌａｎｃｉｎＲｏｂｏｔｇｇＣａｎｄｉｄａｔｅ；Ｘｉａｏｈａｎ：ＷａｎｇＳｕｅｒｖｉｓｏｒ：ＷｕＪｕｎｆｅｎｇｐ＊ＭａＡｃａｄｅｍｉｃＤ巧ｉｅｅＡｌｉｅｄ化ｒ：ｓｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｐＳｐｅｃｉａｌｔｙ：ＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤａｔｅｏｆＯｒａｌＥｘａｍｉｎａｔｉｏｎ：Ｍａｒｃｈ，２０１

3、６Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：ＨａｒｂｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ哈尔滨理工大学硕±学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕±学位论文《两轮自平衡机器人的自适应，模糊滑模控制算法研究》，是本人在导师指导下在哈尔滨理工大学攻读硕±学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除己注明部分外不包含他人己发表或撰写过的研巧成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均己在文中Ｗ明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：日期；年Ｉ

4、月日＾哈尔滨理工大学硕击学位论文使用授权书《两轮自平衡机器人的自适应模糊滑模控制算法研巧》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕±学位期间在导师指导完下成的硕±学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研巧内容不得Ｗ其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部口提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可Ｗ采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可Ｗ公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密□，在年解密后适用授

5、权书。不保密囚。（请在＾＞上相应方框内打Ｖ）作者签名日期；年＾月寺）日导师签名；０占，＾年＾月、曰＾）哈尔滨理工大学工程硕ｉ学位论文两轮自平衡机器人的自适应模糊清模控制算法硏究摘要两轮自平衡机器人是轮式移动机器人的重要组成部分，它架构简单，移动灵活，广泛应用于工厂自动化、排险、军事、农业、服务等领域。同时，两轮自平衡机器人又具有本质不稳定的属性，存在着系统非线性、控制对象为多变量，、参数不确定Ｗ及系统模型中存在强賴合等特点是验证控制算法的理想平台。因此对两轮自平衡机器人进行研究

6、，可兼得实用价值和理论意义。首先，，通过对两轮自平衡机器人的国内外研究现状进行归纳总结之后明确了本文的研巧内容。利用牛顿力学建立被控对象的动力学模型，得到系统的非线性数学模型，并对模型进行线性化处理及解賴，之后验证推导出的两自由度模型控制器对Ｈ自由度模型的适用性，并对系统的性能进行分析。其次，利用指数趋近律来设计滑模变结构控制器并进行仿真，结果表明滑模变结构中存在着巧振的现象。为此本文设计了自适应模糊滑模控制器使控制效果可Ｗ更优。具体来讲，在考虑了模型误差及实时干扰的情况下，对滑模控制器的增益值

7、进行模糊自适应地调整，在増益值模糊化控制的同时，自适应地调整模糊系统的输出权重，提高滑模函数滑入稳定滑模面的速度，并有效地减径科振。最后，通过对位移、倾角及转角的仿真实验验证了所设计控制器的有效性，并在固高公司生产的两轮自平衡机器人实验平台上进行了实时控制，在存在初始倾角Ｗ及外加扰动的两种情况下一，巧之内可实现两轮自平衡机器人的平衡控制。关键词两轮自平衡机器人；滑模变结构；模糊系统；自适应控制Ｉ哈Ｗ滨理Ｔ大学Ｔ程硕上学位论义Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎ乂ｄａｐｔｉｖｅＦｕｚ２：Ｓｌｉｄｉｎ

8、ｇＭｏｄｅＣｏｎ化〇１ｙＡ－－ｌｏｒｉ化ｍｏｆＴｗｏＷｈｅｅｌｅｄＳｅｌｆｂａｌａｎｃｉｎＲｏｂｏｔｇｇ乂ｂｓ化ａｃｔＴｗｏ－ｗｈｅｅ－ｔｔｔｔｔｌｅｄｓｅｌｆｂａｌａｎｃｉｎｇｒｏｂｏｉｓａｎｉｍｏｒａ