兩輪自平衡小車建模及其姿態(tài)平衡控制方法研究.pdf

1、基于倒立擺模型的兩輪自平衡小車因具有占地面積小，運動靈活等優(yōu)點，可以在許多特殊的環(huán)境，如空間狹小的搜救地或擁擠的辦公環(huán)境中得到應(yīng)用，同時由于其被控對象本身又是一個多變量、欠驅(qū)動、非線性的非平穩(wěn)系統(tǒng)，也可作為檢驗先進控制方法的研究平臺，因而成為相關(guān)工程界與理論研究的熱點，對其數(shù)學(xué)模型和姿態(tài)平衡控制方法的研究也具有一定的理論價值和現(xiàn)實意義。
　　根據(jù)兩輪自平衡小車的控制性能要求，搭建出以DSP為控制核心的整體硬件架構(gòu)，得到小車的實際物

2、理參數(shù)，運用拉格朗日方程建立系統(tǒng)多輸入多輸出動力學(xué)模型，在MATLAB環(huán)境下進行模型的驗證實驗，說明了模型的正確性。
　　針對單一傳感器在姿態(tài)檢測中存在漂移誤差和噪聲干擾的問題，提出了一種基于卡爾曼濾波實現(xiàn)對陀螺儀和加速度計信息融合的姿態(tài)檢測方法，以加速度計X、Z軸數(shù)據(jù)反正切運算得到的傾角值作為觀測量，通過對陀螺儀時間累積產(chǎn)生的漂移誤差進行估計，不斷地反饋修正最終得到姿態(tài)信息的最優(yōu)估計。實驗結(jié)果表明，該方法擁有良好的噪聲抑制能力，

3、在多種環(huán)境下都能有效提高車體姿態(tài)檢測精度，為控制器的研究提供了保障。
　　在研究傳統(tǒng)姿態(tài)平衡控制方法的基礎(chǔ)上，針對LQR最優(yōu)控制器權(quán)重矩陣確定困難以及由此導(dǎo)致的系統(tǒng)響應(yīng)速度慢的問題，采用一種通過遺傳算法實現(xiàn)LQR控制器參數(shù)優(yōu)化的方法，選擇線性二次型性能指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)，利用遺傳算法的全局優(yōu)化搜索能力，獲取權(quán)陣Q的最優(yōu)解，進而計算出狀態(tài)反饋控制率K，通過建立的系統(tǒng)模型進行仿真實驗。仿真結(jié)果表明，該方法設(shè)計的最優(yōu)控制器相對于傳統(tǒng)的極點配