两轮自平衡机器人速度跟踪研究.pdf

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1、第32卷第04期计算机仿真2015年04月文章编号：1006—9348(2015)04—0325—05两轮自平衡机器人速度跟踪研究任红格1，霍美杰1，李福进1，张磊2(1．河北联合大学电气工程学院，河北唐山063000；2．河北联合大学现代技术教育中心，河北唐山063000)摘要：两轮自平衡机器人系统是一个高阶次，不稳定，非线性，多变量，强耦合的系统。系统采用1．agrange方程进行动力学建模，将神经网络自组织算法应用于此模型，并对两轮机器人的平衡和速度进行控制，其难点是对车体速度和车轮速度的控制

2、。本文采用神经网络自组织算法，使输出准确地跟踪输入，使机器人按照指定的移动速度和转动速度运动。将该算法与OBS算法相比较，仿真实验结果表明，自组织算法使系统的跟踪速度更快，具有较高的实用价值。关键词：两轮自平衡机器人；自组织算法；速度跟踪；神经网络中图分类号：11P301．6文献标识码：BResearchoftheTwo——WheeledSerf——BalancingRobotSpeedTrackingRENHong—gel，HUOMei-jiel，LIFu—jinl，ZHANGLei(1．Coll

3、egeofElectricalEngineering，HebeiUnitedUniversity，TangshangHebei063000，China；2．ModemTechnologyandEducationCenter，HebeiUnitedUniversity，TangshangHebei063000，Chinaa)ABSTRACT：Inviewofthetwo—wheeledself—balancingrobotsystemisahiIghorder，instability，nonlinea

4、r，malt—ivariable，strongcouplingsystem，mechanicalmodelisestablishedbyusingL删geequation，theself—organizingneuralnetworkalgorithmisappliedtothismodel，thebalanceofthetworoundsoftherobotandspeediscontrolled．Aself—organizingneuralnetworkalgorithmisusedtomake

5、theoutputaccuratelytracktheinputandmaketherobotmoveaccordingtothespecifiedspeedandrotationalspeed，suchthatthebalanceofthebodyandthependulum．Simulationresultsshowthattheproposedself—organizingalgorithmhashighstabilityandgoodtrackingperformance．KEYWORDS：

6、Two—wheeledself—balancingrobot；Serf—organizationalgorithm；Speedtracking；Neuralnetwork1引言随着智能技术的不断发展，机器人在人们的生活中发挥着不可替代的作用，它能够完成人类不能完成的繁重和大量的工作，在一定程度上提高了效率，节约了劳动成本，带来了较大的利润。随着机器人应用范围的延拓以及人工智能科学的发展，机器人的速度跟踪问题越来越智能化和自主化发展。神经网络的结构设计成为一项关键性技术，使其能够模仿人类行为是机器人主

7、要的研究方向⋯。两轮自平衡机器人系统是一个高阶次、不稳定、多变量、非线性、强耦合的系统，它实际上是一个可以行走的一级倒基金项目：国家自然科学基金(61203343)；河北省自然基金(E2014209106)收稿日期：2014—04—28修回日期：2014—07—20立摆心J，使其达到一个动态平衡旧J。两轮自平衡机器人越来越多地引起了国内外学者的广泛关注。但是，现有的控制方案中所采用的多为事先规定结构和规模神经网络，其本身在处理映射问题上就会存在很多局限。两轮机器人的复杂轮系分布给机器人的速度控制带来

8、了难度，两轮机器人受到堵转、摩擦、打滑等各种因素的干扰，导致机器人的运动能力变差，偏离目标的，速度控制精度不高。因此，大部分学者开始研究如何解决这个问题，通过各种控制技术提高对机器人的速度控制精度。现有的控制方案中所采用的多为事先规定结构和规模神经网络，其本身在处理映射问题上就会存在很多局限。神经网络结构过于复杂，会导致网络结构冗余，泛化能力较差，出现过拟合现象，神经网络结构的确定关系到最终的性能。本文采用蛳ge方法建立两轮自平衡机器人的多输入多输出的非线性动力学模型