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两轮自平衡机器人控制关键技术的研究

姜良银  
【摘要】:两轮自平衡机器人属于轮式机器人范畴,其结构简单、移动灵活,适合在狭小的空间中工作,作为一种新型的代步工具和小型机器人,拥有广阔的应用前景。其控制的数学模型具有高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合的特点,是验证各种控制算法的理想平台,具有重要的理论研究意义。 现有的两轮自平衡机器人控制,大多采用的是简化的线性模型,总体效果欠佳。本文基于上海市科学技术委员会重点项目“机器人移动部件关键技术研究”,设计了一款两轮自平衡机器人,并对被控模型和控制算法进行了专门的研究,实现了高精度的控制效果。其主要研究内容和成果包括: 1.针对所研制两轮自平衡机器人的特点,对现常用的控制方法进行了较深入的理论分析和实验研究,明确了该类算法的问题,为算法的改进提供了基础。 2.针对上述研究中发现的常用控制方法效果和鲁棒性等方面的不足,提出了一种将线性控制理论与模糊控制理论有效地结合的控制模型,并通过理论和实验研究验证了这种复杂的非线性控制问题研究思路。有效地提高了两轮自平衡机器人的控制精度。 3.设计了一个基于模块化、具有良好开放性和性能的控制系统,为整个系统的实验研究、系统实现以及后续研究提供了平台。


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