基于滑模控制理论的二轮自平衡车控制系统方法研究

【摘要】：随着社会的发展,汽车作为最常用的交通工具已经成为生活必需品。但是随之而来的环境问题、能源问题、交通问题也越来越严重。电动汽车的推广是目前解决上述问题最有效的方案。二轮自平衡车(TWSBV)作为一种新型电动车由于其具有结构简单、制作成本低、运动灵活等特点,已经逐渐受到人们的关注。TWSBV是一种典型的二阶欠驱动系统,其可控制的系统自由度高于执行器数量,即只有两个控制输入却要实现三个控制目标,这使得实现良好的控制性能愈发困难。另外较大的外界干扰也会造成系统的不稳定。为同时实现TWSBV的平衡控制与速度控制以及转弯控制,本文将系统分为纵向运动子系统与转向运动子系统。然后针对纵向运动子系统提出了带有干扰估计技术(PET)的分层滑模控制器(HSMC)同时实现平衡控制与速度控制,其中PET用于在线估计系统干扰并对HSMC进行前馈补偿,以增强系统鲁棒性。同时,针对转向运动子系统本文提出了滑模控制器(SMC)以实现良好的转弯性能。最后仿真结果和实验结果都表明了所提出的HSMC-PET和SMC相比于传统的HSMC和线性反馈控制器具有更杰出的运动控制性能(即平衡控制、速度控制、转弯控制)和鲁棒性。