自平衡控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、自平衡控制系統(tǒng)的主要特征就是以系統(tǒng)在垂直方向上的角度或水平方向上的位移為控制對象,使其控制在一定的范圍內.在實際中所見到的重心在上、支點在下的控制系統(tǒng)就是一個自平衡控制系統(tǒng).該論文提出的自平衡控制系統(tǒng)具有以下主要特點:與傳統(tǒng)的自平衡系統(tǒng)相比,負載狀態(tài)和運行狀態(tài)是變化;負載本身具有生理上的平衡調節(jié)功能;系統(tǒng)不但要保持靜態(tài)平衡而且要在運動中保持動態(tài)平衡.這些特點決定了系統(tǒng)控制的復雜性,系統(tǒng)穩(wěn)定性的解決需要綜合考慮各種控制理論和控制方法,特別

2、是先進控制理論的應用.該文的研究成果,將為復雜的非線性、不確定性系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制提供一個技術支持平臺,同時對于兩足行走機器人、火箭垂直度等自平衡控制系統(tǒng)的研究具有重要的參考作用.該文的主要研究內容包括:系統(tǒng)力學分析與建模、控制理論與應用、控制技術與實現(xiàn).1、建立系統(tǒng)空間坐標系,應用動力學理論對自平衡小車運動狀態(tài)、受力情況進行分析,最后得到系統(tǒng)模型,為控制理論和控制方法的研究奠定基礎.2、在平衡點附近,對系統(tǒng)模型的分析和系統(tǒng)參數(shù)的計算證明

3、系統(tǒng)是可控的,應用線性控制理論對系統(tǒng)加以控制,通過系統(tǒng)仿真得到一組狀態(tài)反饋數(shù)據(jù),在此基礎上設計出狀態(tài)反饋控制器.3、為了在大范圍內對系統(tǒng)進行控制,采用雙回路模糊控制器,實驗結果證明這種控制方法比傳統(tǒng)的以誤差和誤差變化率為輸入的二維模糊控制器更能反映自平衡系統(tǒng)的控制特點.應用參數(shù)模糊自整定PID控制器解決自平衡系統(tǒng)存在不確定性和非線性問題,通過對參數(shù)的自整定,當系統(tǒng)的運動狀態(tài)變化時能自動跟蹤改變,使得控制方法具有智能性,實驗結果證明其有效

4、性和合理性.4、對于所研究的控制方法,以系統(tǒng)輸出誤差目標函數(shù)為依據(jù),計算和調整動態(tài)加權系數(shù),作用于控制器的輸出,最大限度地發(fā)揮它們的控制特點,最后完成對自平衡系統(tǒng)的有效和穩(wěn)定的控制.5、設計一個高效合理的電路對于控制系統(tǒng)來說顯得尤為重要.在自平衡小車的硬件中,設計了部分獨特的控制電路,為系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運行打下了一個良好的基礎.該文還分別用C、VB和MATLAB語言編寫了三種軟件,這些軟件的良好運行為完成對自平衡小車的控制提供了必不可少