兩輪自平衡小車自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著移動(dòng)機(jī)器人研究不斷深入、其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，面臨的環(huán)境和任務(wù)也越來(lái)越復(fù)雜。廣義來(lái)講，任何帶有輪式移動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械裝置都屬于這個(gè)范疇，具有廣闊的研究背景，因此受到國(guó)內(nèi)外控制界的重視。 兩輪自平衡小車是一種本質(zhì)不穩(wěn)定的輪式移動(dòng)機(jī)器人。經(jīng)動(dòng)力學(xué)分析，系統(tǒng)具有多變量、時(shí)變、強(qiáng)耦合、非線性、參數(shù)不確定等多種特性；其運(yùn)動(dòng)環(huán)境復(fù)雜且運(yùn)動(dòng)學(xué)方程非完整約束，需要在完成平衡的同時(shí)實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃、位置跟蹤等任務(wù)，控制極其復(fù)雜。對(duì)兩輪自平

2、衡小車的研究能有效的反映控制中的許多典型問(wèn)題：如非線性問(wèn)題、魯棒性問(wèn)題、鎮(zhèn)定問(wèn)題、隨動(dòng)問(wèn)題以及跟蹤問(wèn)題等。因此，已成為研究各種控制理論的理想平臺(tái)，檢驗(yàn)各種不同控制方法、策略控制能力的典型裝置。 本文重點(diǎn)對(duì)兩輪自平衡小車系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)一步合理優(yōu)化，結(jié)合軟硬件進(jìn)行資源配置研發(fā)改進(jìn)，系統(tǒng)調(diào)試初步通過(guò)。在分析小車機(jī)械結(jié)構(gòu)、電子器件性能參數(shù)基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出兩輪自平衡小車可控角邊界條件，為小車系統(tǒng)改進(jìn)提供了重要依據(jù)。通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析

3、，引入小車的非線性及其線性化模型。在控制器的設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)用傳統(tǒng)PID對(duì)小車進(jìn)行了控制，發(fā)現(xiàn)控制是失敗的。進(jìn)而分別設(shè)計(jì)了基于極點(diǎn)配置和基于二次型最優(yōu)的兩種線性狀態(tài)反饋控制器，進(jìn)行了比較研究。在控制受限的條件下，兩種控制器對(duì)小車的控制并不很理想。接著根據(jù)多點(diǎn)模糊線性化理論，利用自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了極點(diǎn)配置自適應(yīng)模糊控制器，在控制受限的條件下，該控制器可以較大范圍的控制，但系統(tǒng)狀態(tài)各變量在平衡點(diǎn)附近出現(xiàn)強(qiáng)烈振蕩，致使控制精度過(guò)低。