兩輪自平衡機(jī)器人的控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著永磁新材料、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及電力電子技術(shù)特別是大功率開關(guān)器件的發(fā)展，直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的發(fā)展又推動(dòng)了輪式機(jī)器人的發(fā)展。兩輪自平衡機(jī)器人屬于輪式機(jī)器人的范疇，它結(jié)合了自主移動(dòng)的思想，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，適于在狹小和危險(xiǎn)的空間內(nèi)工作，有著廣泛的應(yīng)用前景。 本文首先研究了兩輪自平衡機(jī)器人的機(jī)械本體，在對(duì)幾種常用電機(jī)進(jìn)行比較后，選擇了無(wú)刷直流電機(jī)作為機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)元件，而后詳細(xì)

2、的闡述了直流無(wú)刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、數(shù)學(xué)模型和控制方法，介紹了GPS和MEMS系統(tǒng)。 其次，根據(jù)選用的電機(jī)，采用TMS320LF2407DSP作為本系統(tǒng)的主控芯片，選擇了合適的加速度計(jì)、陀螺儀和GPS模塊作為系統(tǒng)的傳感器。設(shè)計(jì)了以TMS320LF2407為核心的主控電路、以IR21362為核心的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、系統(tǒng)電源電路和通訊電路，在TI的CCS3.1環(huán)境下編寫了系統(tǒng)軟件，而后進(jìn)行了硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。 最后，對(duì)兩輪自

3、平衡機(jī)器人的自平衡控制方法和自主導(dǎo)航方法進(jìn)行了研究。在對(duì)兩輪自平衡機(jī)器人的車輪和車身進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的基礎(chǔ)上，得到了系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，采用LQR控制器對(duì)機(jī)器人進(jìn)行自平衡控制，并用simulink進(jìn)行仿真，獲得了期望的平衡效果；在路徑規(guī)劃方面，主要討論了兩輪自平衡機(jī)器人的三種運(yùn)動(dòng)方式，即直線運(yùn)動(dòng)、原地轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)；建立了適合本系統(tǒng)的聯(lián)合Kalman濾波器模型，提出了聯(lián)合Kalman濾波器的信息分配系數(shù)的確定算法，并用MATLAB進(jìn)行相關(guān)仿真實(shí)