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(yùn)動靈活等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)由于其被控對象本身又是一個(gè)多變量、欠驅(qū)動、非線性的非平穩(wěn)系統(tǒng)，也可作為檢驗(yàn)先進(jìn)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(diǎn)，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(jià)值和現(xiàn)實(shí)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(shí)際物

2、理參數(shù)，運(yùn)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(jìn)行模型的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，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(shí)現(xiàn)對陀螺儀和加速度計(jì)信息融合的姿態(tài)檢測方法，以加速度計(jì)X、Z軸數(shù)據(jù)反正切運(yùn)算得到的傾角值作為觀測量，通過對陀螺儀時(shí)間累積產(chǎn)生的漂移誤差進(jìn)行估計(jì)，不斷地反饋修正最終得到姿態(tài)信息的最優(yōu)估計(jì)。實(shí)驗(yàn)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(shí)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(jìn)而計(jì)算出狀態(tài)反饋控制率K，通過建立的系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果表明，該方法設(shè)計(jì)的最優(yōu)控制器相對于傳統(tǒng)的極點(diǎn)配