两轮自平衡机器人建模及智能控制的研究

《两轮自平衡机器人建模及智能控制的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、哈尔滨理工大学硕士学位论文两轮自平衡机器人建模及智能控制研究姓名：肖乐申请学位级别：硕士专业：@指导教师：武俊峰201103哈尔演理T人学T学帧Ij学位论文两轮自平衡机器人建模及智能控制研究摘要在轮式移动机器人中，两轮自平衡机器人是一种重要的仿生系统，它具有结构简单、体积小、重量轻、运动灵活等诸多优点，在社会和工业应用中具有很大的发展前景，作为代步工具，两轮自衡机器人具有广阔的发展空间，对两轮自衡机器人研究具有很高的商业价值和研究价值，本文针对两轮自衡机器人绝对不稳定的特点，对其平衡控制问题进行

2、了研究。在分析和借鉴国内外两轮自平衡机器人的基础上，对研究对象的硬件结构及其主要元部件做了详细介绍，分析了其电系统、软件系统和状态检测系统等工作原理。采用牛顿力学分析和拉格朗日方程两种方法对系统进行了数学建模，并对系统的稳定性、能控能观性以及相对能控度等做了定性分析。在控制方法上，首先针对两轮自平衡机器人平衡点线性化模型，采用现代控制理论经典的极点配置方法设计状态反馈控制器，对初始倾角及初始位移控制进行了仿真分析，其次采用最小二乘法辨识状态反馈线性控制器参数，即先对两轮自平衡机器人非线性模型多点

3、线性化，再对线性化模型集合采用极点配置方法得到一组控制的输入输出数据，利用这些数据，通过最小二乘法辨识得到状态反馈矩阵的参数，对最小二乘法辨识状态反馈控制和极点配置控制进行了比较。最后，在线性控制的基础上，进一步设计智能控制器：模糊-比例微分(Fuzzy．PD)控制器的设计，模糊比例微分控制即位移模糊控制与倾角比例微分控制相结合，给出一种估计模糊控制器输入输出比例因子的方法，并就输入输出比例因子变化对控制效果的影响进行了分析；模糊神经控制器的设计，采用自适应模糊神经控制实现样本数据的控制，利用自

4、适应神经模糊推理系统anfisi)lI练模糊隶属度函数，获取模糊控制规则，训练数据来自极点配置线性控制器的输入输出数据，将设计的模糊神经控制器用于三自由度模型的控制，并对其控制效果进行了仿真分析。关键词两轮自平衡机器人：数学建模；仿真；模糊比例为分控制；自适应模糊神经控制哈尔演理T人学r：学硕lj学位论义Two—WheelSelf-BalancingRobotModelingandIntelligentControlAbstractTwo—wheelself-balancingrobotsyst

5、emsamongwheel-patternrobots，simple，thevolumeandweightofitisoneofthemostimportantimitate—lifeithasmanyadvancement，itsstructureissmall，aswellasthemovementissmart，SOitsforegroundisoceanintheapplicationofsocietyandindustry,asvehicle，thedevelopingroomofit

6、isverywide，It’Sofgreatcommercialandlearningvaluetoresearchit．Inallusiontotheabsoluteinstabilityoftwo—wheelself-balancingrobot，thispaperresearchingonthebalancingcontrolproblemofthesystem．basingontheanalyzingandinspectingtwo-wheelself-balancingrobotsho

7、meandabroad，thispaperintroducethehardwarestructureandtheprimary，、componentsoftheobjeetindetail，analyzingtheprinciplesoftheelectricalsystem，softwaresystemandstatemeasuringsystem．ModelingthesystembyNewtonmechanicsanalysisandLagrangeequation，andanalyzin

8、gthestabilization，controllability,observabilityandrelativecontrollabilityofthesystemqualitatively．Comingtothecontrolmethods，firstly,Inallusiontothelinearmodelofthetwo-wheelself-balancingrobot，usingtypicalmodemcontroltheorypoleplacetodesignstatefeedba