滑模变结构控制在两轮自平衡机器人系统中的应用研究

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1、国内图书分类号：TP273工学硕士学位论文滑模变结构控制在两轮自平衡机器人系统中的应用研究硕士研究生：梁玉鑫导师：武俊峰申请学位级别：工学硕士学科、专业：模式识别与智能系统所在单位：自动化学院答辩日期：2012年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：TP273DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTheResearchontheApplicationofTwo-WheeledSelf-BalancingRobotBasedonVariableStructureControlCandidate：Supervisor：S

2、pecialty：LiangYuxin—WuJunfeng—MasterofEngineeringPatternRecognitionandIntelligentSystemDateofOralExamination：March，2012University：HarbinUniversityofScienceandTechnology哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《滑模变结构控制在两轮自平衡机器人系统中的应用研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或

3、撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：霖多釜日期：2m2,月黟日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书‘滑模变结构控制在两轮自平衡机器人系统中的应用研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导完下成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以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门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以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部

4、分内容。本学位论文属于保密口，，在年解密后适用授权书。不保密∥。．(请在以上相应方框内打√)作者签名獭期：2012年弓月蟛日导师签名：同期：2012年弓月a夕日萨一乃口羁‘、’＼√哈尔滨理工大学工学硕士学位论文滑模变结构控制在两轮自平衡机器人系统中的应用研究摘要滑模变结构控制出现于上个世纪中期，经历了六十余年发展，该理论已经越来越成熟。这种控制方法的优点是系统对于参数的摄动和外部干扰有着优良的鲁棒性，缺点是系统存在抖震。抖震的减小问题仍然是变结构控制理论的一大阻碍，但是通过当前的一些消抖理论只要我们能把系统的抖震控制在可以接受的范围内，那么变结构控制就能够显示出其优越性。随着基于自平衡机器

5、人技术的产品如Scgway、国产T-Robot、太空机器人等的不断涌现，可以说自平衡机器人技术实用、有研究价值。本文的研究对象是本质上不稳定的双轮自平衡机器人，和倒立摆系统一样，经过动力学分析，该系统具有多变量、非线性、强耦合、时变、参数不确定等特性。实际应用中随着环境的变化，路面平整与否以及小车载物与否都一定程度上影响了系统的结构，因此研究具有强鲁棒性的控制方法是十分迫切且必要的。本文旨在研究论证滑模变结构控制器良好鲁棒稳定性并在实时控制中验证算法。本文首先介绍了系统的硬件结构、模型参数，继而推导出系统的数学模型以及进行模型的线性化和系统的解耦。系统经过解耦分为两个独立的子系统，位移倾角

6、系统及左右转弯系统，这里我们主要研究位移倾角系统即系统的平衡稳定是我们的主要研究任务。计算系统极点分析出小车是本质上不稳定的，但是其为既能观又能控系统，因此可以设计控制器对其控制。应用变结构控制理论进行小车的控制研究，设计出基于趋近律的滑模变结构控制器和常规滑模变结构控制器，包括常值切换控制及比例切换控制。对系统仿真，检验其抗干扰能力和系统存在参数不确定情况的控制效果。最后进行实时控制，小车得以保持平衡运转良好，验证了算法的可行性。关键词自平衡机器人；变结构控制；机器人仿真哈尔滨理工大学工学硕士学位论文TheResearchontheApplicationofTwo-·WheeledSel

7、f-BalancingRobotBasedonVariableStructureControlAbstractVariablestructurecontroltheoryappearedinthemiddleoflastcenturyandhasbeenmoreandmorematureafter60years。devdolnnent．Ithasexcellentrobustnesstotheperturbationof