关键词： 数据融合   卡尔曼滤波   两轮   自平衡  

摘要： 为解决两轮自平衡系统中传感器存在较大震动干扰与漂移误差的问题,并提高系统姿态倾角测量的精确性和实时性,提出了基于陀螺仪与加速度计数据融合的两轮系统自平衡控制方法。建立两轮自平衡系统的动力学模型,采用卡尔曼滤波算法融合陀螺仪与加速度计信号,得到系统姿态倾角与角速度最优估计值,通过双闭环数字PID算法实现两轮系统的自平衡控制。通过两轮小车自平衡控制系统的软硬件设计,成功验证了该方法的可行性与有效性。利用该方法大大提高了两轮自平衡系统的抗干扰性。

关键词： 两轮自平衡小车   角速度传感器   陀螺仪   AVR   PI  

摘要： 利用Matlab对两轮自平衡小车的控制系统进行仿真,确定算法的可行性.采用角速度传感器组建陀螺仪系统,通过AVR mega8单片机完成对其信号的采集与计算,并向电机驱动器发送信号去执行相应的动作,从而实现小车的动态平衡功能.

关键词： L298N   MMA7361   角度传感器   陀螺仪  

摘要： 将倒立摆的工作原理应用在两轮自平衡小车中,使小车保持自平衡运行。采用STC12C5A60S2单片机为核心控制器,利用MMA7361加速度传感器、EN-03陀螺仪感知的小车运动状态,采用PI控制算法,实现了以单片机内置的PCA/PWM模块输出的PWM驱动L298芯片控制电机正反转和速度,使车体保持平衡运动。

关键词： 两轮自平衡   姿态检测   卡尔曼滤波   数据融合   PID控制器  

摘要： 设计了以陀螺仪ENC-03以及MEMS加速度计MMA7260为传感器的姿态感知系统,选用16位单片机MC9S12XS128为控制核心处理器,完成对传感器信号的采集处理、车身控制以及人机交互的设计,实现小车自主控制平衡状态、运行速度以及转向角度大小等功能.实验结果表明该系统的性能满足设计要求.

关键词： 两轮自平衡小车   控制算法   单片机   XS128  

摘要： 两轮自平衡小车被各种竞赛所喜爱,在很多大型比赛中都有涉及此方向的题目。阐述了基于飞思卡尔系列XS128单片机为核心控制器,配合陀螺仪、角度传感器实现两轮小车的自平衡。着重介绍了两轮自平衡小车的结构、平衡原理、控制算法,通过反复调试最终实现了小车的自平衡。

关键词： 两轮自平衡小车   极点配置   TMS320VC5509A数字信号处理器   系统模型辨识   数字滤波器  

摘要： 两轮自平衡小车是一种源于经典控制理论中倒立摆模型的新型智能机器人,在资源勘探、军事侦察、交通运输等诸多领域中都有着广泛的应用前景。该机器人系统具有非线性、强耦合、多变量、自然不稳定等多种特点,是控制理论、运动学、电子学、自动化等多种学科综合运用的科技成果,已成为各国科学家的重点研究对象。 本文首先建立了两轮自平衡小车的数学模型,在这一过程中通过对一阶倒立摆数学模型的深入研究,逐步将理论模型扩展为小车实际系统模型,并对系统模型经行了线性化处理,能控性以及可观性分析。在已建立的模型基础之上,小车系统控制方法的选择就成为关键。本文分别对状态反馈极点配置法和线性二次型最优控制法进行了深入的分析,并利用Matlab软件分别对两种控制方法下的控制效果进行了对比分析,根据实际效果最终确定采用了状态反馈极点配置法。 其次,在系统硬件方面,本文选取了TI公司的TMS320VC5509A数字信号处理器作为主控芯片,以便利用其强大的数据处理功能。传感器方面采用了陀螺仪和加速度传感器的配置,以综合确定小车的实际运动状态。软件方面利用了TI公司开发的CCS3.3平台,实现软件编程,并重点研究了数字滤波器的设计。 最后,对组建完成的两轮自平衡小车进行了各种实测及调试,同时利用Matlab软件进行了小车系统的模型辨识,对系统模型作出了一定程度的改进,并反复调试直至达到预期的控制效果。

关键词： MMA7260   两轮自平衡小车   STC12C5A60S2   控制算法  

摘要： 两轮自平衡小车运动控制的关键是小车平衡的控制。本文设计并制作了一台以MMA7260加速度传感器为姿态敏感元件,采用STC12C5A60S2单片机作为主控制器,通过L298电机驱动模块驱动双向直流电机实现两轮自平衡小车的姿态控制。将涉及到具体硬件的控制程序进行了分离和封装,因此小车可以作为验证各种控制算法性能的理想物理平台,并采用PID算法对小车姿态控制进行了试验,验证了自平衡小车物理系统方案的可行性。

关键词： 两轮自平衡小车   LQR控制   Matlab-Simulink及ADAMS仿真   MSP43OF149单片机  

摘要： 本文旨在设计和研究两轮自平衡小车系统。两轮自平衡小车是一种非线性、强耦合、多变量、自然不稳定、具体的、实现起来相对便宜的复杂系统,给控制理论提出了很大的挑战,是检验各种控制方法处理能力的典型装置,受到世界各国科学家的重视,成为具有挑战性的课题之一。 两轮自平衡小车系统是一种左右两个轮并行布置、可以依靠倾角传感器和陀螺仪所检测的倾角和倾角变化速率结合控制算法维持自身平衡的一种新型电动车系统。本文进行了两轮自平衡小车系统简化模型的理论研究,根据运动学和牛顿力学推导出了小车系统的运动学、动力学状态方程,并进行了系统可控性与能观性验证。本文在Matlab-simulink软件平台对系统模型的状态方程进行LQR和PID两种控制算法的控制效果研究,同时又应用Matlab-simulink软件和ADAMS动态仿真进行了联合仿真实验,最终确定控制策略。通过理论仿真实验提供的数据,本文进行了系统硬件系统的设计包括机械系统设计和电气系统设计。最后,本文在IAR软件平台下,应用C语言进行了软件系统的编制。 最终,本文设计完成两轮自平衡小车系统,并进行了软件系统和硬件系统的联机调试,证明系统设计合理,控制效果达到预期要求。

关键词： 两轮自平衡小车   自适应神经模糊控制   模糊二维表   最优极点配置   多点线性化  

摘要： 两轮自平衡小车是一种特殊轮式移动机器人,其动力学系统具有多变量、非线性、强耦合、参数不确定等特性。由于具有广泛的应用背景和研究价值,时下对两轮移动机器人的理论和应用研究日益受到国内外控制界的重视。本文研究的本质不稳定两轮自平衡机器人是一种复杂的研究性实验装置,已成为理想的控制理论和控制方法研究的实验平台。本文研究的重点主要集中在以下两个方面:一是对两轮自平衡小车硬件电路的设计与实现问题;二是利用智能控制和最优控制来研究和实现两轮自平衡小车在大范围可控的问题。 通过分析和借鉴国内外两轮自平衡小车的结构组成,我们设计完成了两轮自平衡小车的硬件系统。在对动力学和运动学分析研究的基础上,探索性的引入了小车的非线性模型。另一方面,在对小车最大角度可控分析研究的基础上,由于两轮自平衡小车的线性控制器对倾角的可控范围相当狭窄有限,无法实现工作中较大范围的可控。基于这种考虑,在寻求对自平衡小车这一非线性对象大范围稳定控制研究方面,我们提出了两种控制思路:第一,应用自适应神经-模糊控制方法ANFIS来获取模糊控制规则。具体做法是建立三个工作点线性化模型,并对每个线性化模型分别设计线性控制器,利用ANFIS工具学习这些线性控制器的输入输出数据得到模糊规则,从而构成小车的模糊控制器。这里我们主要分两种方法来实现,一是将三个工作点采集的数据整体送给ANFIS学习产生一个新的控制器;另一种是将三个工作点采集的数据分别送给ANFIS学习产生三个控制器,同时对非线性模型进行控制.这两种方法得到的控制器对非线性模型的控制都取得了较大范围的角度可控,而且还较好的改善了系统的动态特性。最后通过对小车非线性模型的输入变量的简化得到了在实际运用中所涉及到的角度、角速度与控制u的二维模糊表;第二,通过最优控制思想进行极点配置得到最优控制状态反馈矩阵。通过引进一种新的最优极点配置方法,用产生的线性控制器对非线性模型进行控制,取得了大范围角度可控,接着运用最优极点配置思想设计了多点线性模糊控制器,该控制器对非线性模型的控制不仅扩大了系统初始角度的控制范围,而且在较大程度上改善了系统的动态特性。最后根据多点线性化思想,对非线性模型的输入变量简化得到了小车在大范围内的角度、角速度与控制u的模糊二维表。

关键词： 复杂系统   两轮自平衡小车   轮式移动机器人   本质不稳定   变结构控制  

摘要： 近年来,对非完整移动机器人的理论和应用研究日益受到国内外控制界的重视,广义地说任何带有轮式移动驱动机构的机械装置如卡车等都属于这类机器人范畴,因而它具有广泛的应用背景。本文研究对象是本质不稳定的两轮自平衡机器人,经分析其动力学系统具有多变量、非线性、强耦合、时变、参数不确定性等特性。且因其运动环境复杂、运动学方程中的非完整约束,所以其控制任务也具有复杂性,需要在完成平衡控制的同时实现路径规划、路径跟踪等任务。本文研究的本质不稳定两轮自平衡机器人是一种复杂的研究性实验装置,已成为理想的控制理论和控制技术研究的实验平台。 本文重点集中在本质不稳定小车的动力学控制及硬软件研发上。通过分析和借鉴国内外两轮自平衡小车的结构组成,设计了两轮自平衡小车的软硬件,并对硬件参数进行了详细的分析计算,推导出两轮小车的最大可控角度。分析引入了系统的数学模型,基于此模型进行了系统稳定性与能控能观性分析。应用变结构控制理论进行本质不稳定小车的控制研究,在小车偏角受限的条件约束下,设计出基于趋近律的滑膜变结构控制器和传统极点配置控制器。对系统进行了仿真研究,结果表明在系统外扰和参数摄动存在情况下,系统性能指标满足设计要求。