轮式倒立摆的数学建模及状态反馈控制-论文.pdf

《轮式倒立摆的数学建模及状态反馈控制-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第27卷第1期机电产品开崖与4lj勃VOI．27．NO．12014年1月Development＆InnovationofMachinery＆ElectricalProductsJan．．2014文章编号：1002—6673(2014)01—011—04轮式倒立摆的数学建模及状态反馈控制石祥，许哲，何青义，田卡(上海海洋大学工程学院，上海201306)摘要：轮式倒立摆是检验各种控制理论的理想模型，首先采取牛顿力学分析的方法，依次得出轮式倒立摆中直流电机、车体和摆杆动力学方程，从而基于小角度线性化方法

2、得出轮式倒立摆的近似线性模型；然后基于Matlab进行轮式倒立摆的状态反馈控制，设计出其控制律，验证其可行性，但是轮式倒立摆的数学模型通常是经线性化处理后得出，为了提高仿真准确性，再基于虚拟样机技术，对轮式倒立摆进行Madab与ADAMS的联合仿真，仿真结果显示系统响应曲线在规定时间内迅速收敛至O附近，此结果不仅验证了联合仿真中状态反馈控制的正确性，而且表明联合仿真是控制理论研究中值得推广的方法。关键词：轮式倒立摆；状态反馈控制；联合仿真；ADAMS中图分类号：rP13文献标识码：Adoi：10．

3、3969／i．issn．1002—6673．2014．01．0o4MathematicalModelingandStateFeedbackControlforWheeledInvertedPendulumSHIXiang，XUZhe，HEQing-Yi，T1ANKa(ColegeofEngineeringScienceandTechnology，ShanghaiOceanUniversity，Shanghai201306，China)Abstract：Tocontrolwheeledinverte

4、dpendulumisagoodwaytotestallkindsoftheoriesofcontro1．Firstly，onthebasisofNewtonianmechanicsanddynamiccharacteristics，thedynamicalequationofDCmotor，cartandpendulumisstudied．Thentheapproximatelinearmodelofwheeledinvertedpendulumisconcluded，whichisbasedo

5、nthethewayoflinearizationofsmallAngle．Secondly，statefeedbackcontrolbasedonMadabisusedtocontrolwheeledinvertedpendulum，andthecontrollawisdesigned，anditsfeasibihtyisverified．Becausethemathematicalmodelofthewheeledinvertedpendulumishnearized，thecollabora

6、tivesimulationofMatlabandADAMSisalsousedtocontrolwheeledinvertedpenduluminordertoimprovetheaccuracy，whichisbasedonvirtualprototypetechnology．AtlasttheresultsofsimulationdemonstratethecorrectnessofStatefeedbackcontrolofwheeledinvertedpendulum，anditalso

7、indicatesthewayisworthadvo—catingintheStUdyofcontroltheory．Keywords：wheeledinvertedpendulum；statefeedbackcontrol；collaborativesimulation；ADAMS轮式倒立摆又称“两轮自平衡机器人ol’，其模型是0引言建立在由两个车轮左右平行布置、可移动的小车车体倒立摆1作为一类非线性控制系统的典型特例，能上，每个车轮都与电机相连。当车体运动时。通过控制有效地反映诸如可镇定性、鲁

8、棒性、随动性以及跟踪等电机的转速来控制车轮，使摆杆尽快地达到一个平衡位许多控制中的关键问题。是检验各种控制理论的理想模置，并且没有大的振荡。当摆杆到达期望的位置后，系型，目前已有多种控制算法应用其中，但是在研究其统能克服随机扰动而保持稳定的位置。本文将对轮式倒立控制算法之前都存在着建模问题。目前关于各种倒立摆摆进行数学建模，从而得出其状态方程。并基于Matlab的研究论文中所给出的数学模型中．通常没有系统微分及ADAMS的联合仿真对轮式倒立摆的状态反馈控制加方程的推理过程，或者模型