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1、平衡车机电控制系统建模与仿真孙军,万明伦,吕博,王玉玲(沈阳建筑大学交通与机械工程学院,辽宁沈阳110168)ModelingandSimulationofMechano-electronicControlSystemforSelf-balanceVehicleSUNJun,WANMing-lun,LVBo,WANGYu-ling(SchoolofTrafficandMechanicalEngineering,ShenyangJianzhuUniversity,Shenyang110168,China)摘要:构建平衡车
2、机电控制系统,研究机电控制Keywords:self-balancevehicle;mathematical系统的建模与仿真设计方法.在建立系统结构模型modeling;statefeedback;LabVIEW的基础上,应用拉格朗日(Lagrange)方法建立系统动力学方程和数学模型;在LabVIEW及其控制与0引言仿真工具包开发环境下,依据系统的数学模型,设计状态反馈控制器.当施加0.22rad扰动时,平衡车平衡车是动力学理论和自动控制理论与技术相位置、速度、倾斜角度、角速度都在3.5s左右回到结合的研究项目,平衡车控制
3、系统是一个复杂的、不了平衡状态,这表明,系统建立的模型是合理可靠稳定的、非线性系统,平衡车的控制就是使平衡车尽的,所设计的状态反馈控制器得到了较好的控制效快地达到一个平衡位置,并且使之没有大的振荡和果.过大的角度和速度;当平衡车到达期望的位置后,系[1-2]关键词:平衡车;数学建模;状态反馈;Lab统能克服随机扰动而保持稳定的位置.在此通VIEW过对平衡车机电系统的力学分析,建立数学模型,推中图分类号:TP273.5导出系统的状态方程.在极点配置的基础上,利用状文献标识码:A态反馈算法对系统进行控制.通过LabVIEW及其文
4、章编号:1001-2257(2010)10-0034-04控制与仿真工具包进行仿真设计,根据仿真曲线进Abstract:Thispaperconstructionsthemecha行分析,检验控制算法的控制效果.通过对平衡车机no-electroniccontrolsystemfortheself-balance电控制系统的数学建模研究,为实验样机提供合理vehicle,andstudiesthemodelingandsimulation可靠的参考数据;通过仿真设计,可缩短样机开发时designmethods.Baseont
5、hesystemstructuremod间,提高开发效率.el,weusedlagrangemethodtoestablishmentthe1系统构成systemkineticequationsandmathematicalmodels.1.1机械结构InthedevelopmentenvironmentofLabVIEWand平衡车机械外型结构如图1所示.它是一个两itscontroldesignandsimulationmodule,accordingtothesystemmathematicalmodel,wede
6、signthe轮同轴,左右平行布置结构,两轮分别驱动,车身中心位于车轮轴上方,通过控制两轮的转速差实现直statefeedbackcontroller.Asaresult,whenaddingadisturbanceof0.22radian,theposition,thevelocity,thetiltangleandtheangularvelocityoftheself-balancevehiclallreturntotheequilibriumstatewithin3.5seconds.Itshowsthatthemod
7、elisreasonable,andthestatefeedbackcontrollerhaveawellperformance.收稿日期:2010-05-25基金项目:辽宁省自然科学基金资助项目(20092056)图1系统结构34机械与电子2010(10)行和定半径转弯.简化中在P点.由图3可以看出,该系统具有3个平衡车硬件部分主要为机械系统和控制系统.自由度:绕Y轴的转动,转角p和角速度p;沿X机械系统包括车轮、车身上支架、下平台和连杆等,轴的直线运动,位移xrm和移动速度vrm;绕Z轴的负责承载硬件电路,搭
8、建工作平台;控制系统包括直转动,转角z和角速度.以上6个状态变量完全流电机、驱动器、姿态传感器、电池和控制器等.描述了该三自由度系统的动态特性.系统的平衡靠1.2系统工作原理电动机施加在左右轮轴上的驱动力矩TL和TR控平衡车基本工作原理如图2所示.2个直流电制,系统的
