自平衡式两轮电动车运动控制技术研究

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1、硕士学位论文自平衡式两轮电动车运动控制技术研究RESEARCHONMOTIONCONTROLTECHNOLOGYOFTWO-WHEELEDSELFBALANCINGELECTRICALVEHICLE国内图书分类号：TP242学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文自平衡式两轮电动车运动控制技术研究硕士研究生导师：申请学位：学科：电气工程所在单位：答辩日期：授予学位单位：ClassifiedIndex:TP242DissertationfortheMasterDegreeinEng

2、ineeringRESEARCHONMOTIONCONTROLTECHNOLOGYOFTWO-WHEELEDSELFBALANCINGELECTRICALVEHICLECandidate：Supervisor：AcademicDegreeAppliedfor：Speciality：ElectricalEngineeringAffiliation：Dept.ofElectricalEngineeringDateofDefence：Degree-Conferring-Institution：哈尔滨工业大学工学硕士学

3、位论文摘要随着汽车工业的高速发展，人均汽车持有量的不断提高，现有的能源、交通和环境状况将难以继续支持。在这样的背景下，自平衡式两轮电动车概念应运而生。它是一种清洁、小型的城际电动辅助交通工具，能够很好的解决传统汽车所带来的诸多问题。自平衡式两轮电动车是一个非线性、强耦合、欠驱动的自不稳定系统，对其控制策略的研究具有重大的理论意义。首先，基于分析力学和牛顿力学相结合的方式对系统进行了动力学方程推导，得到了系统的刚性模型和柔性模型，并在MATLAB环境下进行了模型的验证实验。针对所建模型，进行能控性、能观型、转弯惯

4、性力、最大上下坡角度、最大可控角等系统特性的分析，得出了相关结论及设计参考公式。在车身倾角和车轮转速控制器设计方面，基于传统双闭环PID控制器的实验经验，得出了控制效果更好的双闭环模糊控制器，并通过仿真实验验证了其有效性和鲁棒性。针对直线运行时两车轮转速差的问题，提出了一种切换式动态补偿方法，得到了较好的矫正效果。进行自平衡式两轮电动车实物装置的设计和制造，包括基于MEMS的倾角传感器机构、系统的执行机构、控制器机构、电源供给机构和人机交互机构等五个部分。并针对该装置，确定了系统的软件结构。最后，将控制算法转换

5、为程序代码，写入控制芯片并进行实物实验，结果证明控制算法在实物装置中同样有效。关键词：欠驱动；自平衡式两轮电动车；系统建模；模糊控制；MEMS-IV-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofautoindustrie,thequantityofautomobilepercapitaraisessteadily.Theexistingconditionsofenergy,transportationandenvironmentcouldn’tcontinue

6、tosupport.Underthisbackground,theconceptofTWSBEV(two-wheeledselfbalancingelectricalvehicle)emerged.Itisakindofcleanandsmallurbanelectricalauxiliaryvehicle,whichcansolvetheproblemcausedbytraditionalautomobile.SincetheTWSBEVisanonlinear,strongcoupling,underact

7、uatedandunstablesystem,therelevantresultsonthecontrolstrategyofwhichcouldapplytoothersimilarsystems,itisofgreattheoreticalsignificance.Firstly,basedonthecombinationofanalyticmechanicsandclassicalmechanics,therigidmodelandflexiblemodelofthesystemarebuilt.Then

8、thecorrectnessofthemodelsarevalidatedinMATLAB.Thenaccordingtotheestablishedmodel,thecontrollabilityandobservability,theturninginertiaforce,themaximumslopeangleandcontrolledanglearediscussed,ther