本質(zhì)不穩(wěn)定兩輪車輔助平衡裝置的智能控制.pdf

1、本質(zhì)不穩(wěn)定兩輪車是一種特殊輪式移動(dòng)機(jī)器人，其動(dòng)力學(xué)方程是一多變量、嚴(yán)重不穩(wěn)定、耦合、時(shí)變、參數(shù)不確定的非線性高階方程，加上運(yùn)動(dòng)學(xué)方程中的非完整性約束，要求完成的控制任務(wù)也具有多重性。因此這類系統(tǒng)對(duì)控制理論提出了很大的挑戰(zhàn)，是檢驗(yàn)各種控制方法處理能力的典型裝置。兩輪車作為一種研究裝置，可在上面進(jìn)行不確定性系統(tǒng)控制、非線性系統(tǒng)控制、自適應(yīng)控制、智能控制等研究。而且兩輪自平衡小車也是一種便利的交通工具，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。 作為一個(gè)復(fù)

2、雜的非線性系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制方法對(duì)本質(zhì)不穩(wěn)定兩輪小車的平衡控制已經(jīng)得不到一個(gè)很好的控制效果，因此本文第一部分總結(jié)了模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀，提出了一種以智能控制理論為基礎(chǔ)的控制策略。第二部分首先給出了本質(zhì)不穩(wěn)定兩輪小車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和非線性數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其在零點(diǎn)進(jìn)行了線性化得到線性模型。在對(duì)其穩(wěn)定性和能控性進(jìn)行了分析之后，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)在線性化范圍內(nèi)的狀態(tài)反饋控制器。第三部分先在零點(diǎn)和其附近對(duì)稱的兩點(diǎn)分別設(shè)計(jì)的狀態(tài)反饋控制器

3、控制小車的非線性模型，取得自適應(yīng)神經(jīng)-模糊推理系統(tǒng)所需學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，并以通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)得出的模糊控制器來控制小車的平衡。然而自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)得出的模糊邏輯在短期內(nèi)是靜態(tài)的，為了使控制器具有動(dòng)態(tài)性，引進(jìn)了動(dòng)態(tài)模糊控制器，將其應(yīng)用到兩輪不平衡小車上的平衡控制上。最后利用MATLAB分別仿真了三個(gè)控制系統(tǒng)，比較了三者在控制兩輪平衡小車時(shí)的性能，結(jié)果表明動(dòng)態(tài)模糊控制器的總體性能最好，模糊神經(jīng)自適應(yīng)控制器次之，但都明顯優(yōu)于狀態(tài)反饋控制器。