两轮自平衡机器人的自适应模糊平衡控制.pdf

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1、第32卷第5期计算机仿真2015年5月文章编号：1006—9348(2015)05—041l一05两轮自平衡机器人的自适应模糊平衡控制杨凌霄，梁书田(河南理工大学电气工程与自动化学院，河南焦作454003)摘要：在两轮自平衡机器人系统的平衡控制中，为解决因所建立的数学模型不准确和存在未知干扰而影响控制性能的问题，设计了一种自适应模糊控制方法。首先，运用牛顿力学法建立了系统在斜坡上运动的数学模型。针对所建动态模型的非线性，提出采用单点模糊化、乘积推理机和中心平均解模糊化的方法构建了自适应模糊逻辑控制器，然后通过李雅普诺夫稳定性分析的方法，导出控制器的自适应律。在MATL

2、AB／Simulink中，对自适应模糊控制的两轮自平衡机器人的平衡情况进行了仿真，结果表明，提出的自适应模糊控制器可以实现系统平衡，并具有自适应能力和鲁棒性，为两轮机器人优化控制提供了依据。关键词：平衡控制；数学模型；自适应模糊算法；自适应律中图分类号：TF212．9文献标识码；BAdaptiveFuzzyBalancingControlofTwoWheeledSelf-BalancingRobotYANG“ng—xiao，LIANGShu-fian(SchoolofElectricalEngineeringandAutomation，HenanPolytechnic

3、University，JiaozuoHenan454003，China)ABSTRACT：Inthedynamicbalancingcontroloftwowheeledself-balancingrobot，tosolvetheproblemthatthein—accuracyofestablishedmodelandtheexistenceofunknowndisturbanceaffecttheperformanceofcontroller，anadap—tivefuzzycontrolmethodwasinvestigated．Thedynamicmathmo

4、delofrobotontheslopewasestablishedfirstlybasedonNewton’Slaw．Onthebasisoftheestablishednonlineardynamicmodel，theadaptivefuzzycontrollerWascon-struttedwithsingletonfuzzier，productinferenceandcenter-averagedefuzzier．TheadaptivelawwasdeducedwithLyapunov’Sstabilitytheory．Thesimulationofbalan

5、cingcontroloftwowheeledself-balancingrobotWaScarriedoutwiththecontrolofadaptivefuzzycontrollerandbasedonMatlab／simulink．Theresultsshowthattheproposedadap—rivefuzzycontrollercanmakethesystemstable，andisofadaptivecapacityandrobustness．KEYWORDS：Balancingcontrol；Mathmodel；Adaptivefuzzyalgor

6、ithm；Adaptivelaw1引言目前，两轮自平衡机器入已被广泛应用于多种场合，包括探险、搜救、材料处理和娱乐等[I]。另外，两轮自平衡机器人是一个在静态下不稳定的欠驱动系统，具有多变量、菲线性、强耦合和参数不确定等特点，这又使得它可以作为验证新型控制算法的理想平台。因此，对两轮自平衡机器人的研究具有很好的理论和现实意义。为此，近十年来，两轮自平衡机器人已经被国内外许多学者所关注，搭建出了许多类似的平台，并设计出了多种平衡控制方法，如极点配置【2。】、LQR[4’5]、PID[6’及模糊控制‘73等。上述的控制方法存在两方面的问题，前两种方法的控制性能主要依赖于系

7、统精确的数学模型，当没有系统精确的数学模型时，便不能取得令人满意的控制效果；后两种方法不基金项目：教育厅自然科学研究计划项目(20108590001)收稿日期：2014—08—13需要系统的数学模型，但是PID很难预先设定出合理的参数，而模糊控制的性能则取决于设计者的经验和模糊规则的数目，这其中就存在了太多的不确定性。由于两轮自平衡机器人系统有许多的不确定性且～些相关参数的精确值不易获得，这就使得所建立的名义上的模型不够准确，这样就使依赖于数学模型的传统控制方法不能取得令人满意的控制性能。而对两轮自平衡机器人平衡的控制主要是处理未知干扰对系统的影响，