二輪平衡車控制系統(tǒng)研究.pdf

1、二輪自平衡小車以清潔的電能作為動力,并且具有體型小,轉(zhuǎn)彎靈活等特點,為解決汽車尾氣污染、交通擁堵等問題提供了解決方案,符合當(dāng)代社會的發(fā)展要求。二輪自平衡小車系統(tǒng)具有非線性、欠驅(qū)動、強(qiáng)耦合不穩(wěn)定等特點,是研究控制策略的理想實驗平臺,國內(nèi)外眾多學(xué)者都進(jìn)行了相關(guān)研究。因此,對二輪自平衡小車的運動控制問題展開研究具有重要的理論研究價值和實際意義。
　　本文首先應(yīng)用牛頓經(jīng)典力學(xué)的方法建立了二輪自平衡小車的數(shù)學(xué)模型,通過仿真驗證了數(shù)學(xué)模型的正

2、確性,同時在平衡點附近對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了線性化近似處理。為了加深對系統(tǒng)的認(rèn)識,對系統(tǒng)的能控性、能觀性和離散化后的能控能觀性進(jìn)行了分析。設(shè)計了基于線性二次型最優(yōu)控制的狀態(tài)反饋控制器,通過仿真實驗證明其實現(xiàn)了系統(tǒng)的平衡及速度控制。
　　基于前期的理論研究工作,本文設(shè)計了二輪自平衡小車的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)的設(shè)計主要包括設(shè)計核心控制板、供電模塊、姿態(tài)傾角檢測模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和一些外圍器件電路。軟件系統(tǒng)的設(shè)計主要包括設(shè)計基于核心控制芯