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1、兩輪自平衡機(jī)器人作為一種絕對(duì)不穩(wěn)定的輪式移動(dòng)機(jī)器人,其數(shù)學(xué)模型具有許多復(fù)雜的特性。也正因?yàn)槠浞匠虪顟B(tài)具有的非線性、多變量、強(qiáng)耦合、時(shí)變、參數(shù)不確定性等特點(diǎn),這使得它成為驗(yàn)證各種控制算法的理想平臺(tái),具有十分重要的理論意義。同時(shí)它運(yùn)動(dòng)靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉,適于在狹小和危險(xiǎn)的空間工作,如空間狹小的搜救地或擁擠的辦公環(huán)境中獲得應(yīng)用,也可作為特殊交通工具、特殊運(yùn)載工具、特殊運(yùn)動(dòng)器械、殘疾人保障系統(tǒng)等,應(yīng)用于現(xiàn)代社會(huì)的和經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域,有著廣泛
2、的應(yīng)用前景。目前,就兩輪自平衡機(jī)器人的控制算法而言,幾乎所有的兩輪機(jī)器人在研究之初的運(yùn)動(dòng)平衡控制算法上都采用 PID控制策略對(duì)其鎮(zhèn)定,之后再進(jìn)一步研究其他的控制策略,包括各種變形的 PID控制策略??梢钥吹?,兩輪自平衡機(jī)器人的控制策略幾乎都圍繞 PID來展開,由于兩輪機(jī)器人的核心問題是其控制平衡問題,因此兩輪機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)抗干擾能力的要求是極其嚴(yán)格的。為此,通過分析兩輪自平衡機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,得到了兩輪自平衡機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型,并通過分
3、析其數(shù)學(xué)模型,運(yùn)用簡(jiǎn)單且巧妙的方法對(duì)其解耦,使其復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)模型分解為兩個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng),即運(yùn)動(dòng)平衡子系統(tǒng)和航向控制子系統(tǒng)。由于采用多慣性傳感器組成的測(cè)量系統(tǒng)來度量?jī)奢啓C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài),為減小兩輪機(jī)器人在測(cè)量過程中產(chǎn)生的誤差和漂移,我們采用kalman濾波算法來對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,并經(jīng)過仿真驗(yàn)證了kalman濾波算法的有效性。通過研究模型參考自適應(yīng)控制原理,設(shè)計(jì)了模型參考自適應(yīng)控制算法來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的平衡控制,同時(shí)通過極點(diǎn)配置的方法來對(duì)航
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