电气类专业论文《双轮平衡车的模糊控制》 -pg电子娱乐平台

电气类专业论文《双轮平衡车的模糊控制》 研究简介 双轮平衡车属于轮式机器人，是移动机器人研究领域的一个重要分支，相关学科和领 域主要有传感、电子、信号处理以及自动控制等。双轮平衡车两轮左右平行布置共轴，利 用加速度计与陀螺仪进行前后倾斜角度和角速度的检测，同时利用测速单元对机器人行驶 速度进行检测，并将信息传递到微处理器，利用控制算法通过计算得到控制信号，驱动电 机工作，完成自平衡车前进、后退与转向等动作。 本文提出了双轮平衡车的模糊控制方案，实现小车的平衡控制。具体工作表现在下面 几个方面： 完成平衡车的硬件电路设计，选用 stm32 作为控制系统主控芯片，用态传感 mpu6050 检测机器人的姿态，蓝牙模块作为无线通信单元； 设计平衡车的系统软件，姿态传感器数据采集和处理方法，使用卡尔曼滤波算法，并通过matlab； 针对双轮平衡车系统的数学模型理想化和非线性等特点，利用的模糊控制工具箱，通过编写平衡车的模糊控制规则，设计出适合控制平衡车系统的模糊 pd 控制器，用来整 定pd 算法的参数； 通过在物理样机上的实验，可以发现模糊算法的优点，通过制定模糊规则，设计算法。最 终，使得自平衡车能够稳定地前进、后退以及转向。 目录 绪论................................................................................................................11.1 课题研究的背景及意义................................................................................... 1.2双轮平衡车的国内外研究现状............................................................... 1.2.1国内研究现状............................................................................................ 1.2.2国外研究现状............................................................................................ 1.3双轮平衡车的发展趋势............................................................... 1.4双轮平衡车的主要控制方法............................................................... 1.5本文研究的主要内容....................................................................................... 双轮平衡车的系统结构分析............................................................82.1 双轮平衡车的系统整体设计............................................................................... 2.2双轮平衡车的硬件组成............................................................................... 2.2.1主控制器.................................................................................................... 2.2.2陀螺仪.................................................................................................. 11 2.2.3 驱动单元.................................................................................................. 12 2.2.4 直流电机模块...................................................................................... 13 2.3 双轮平衡车的软件设计......................................................................................................... 15 2.3.1 总体软件设计.................................................................................................... 2.3.2传感器数据融合.................................................................................................. 11 2.2.3 卡尔曼滤波.................................................................................................. 12 双轮平衡车的数学建模与分析......................................................163.1 双轮平衡车的运动分析............................................................................. 16 3.2 双轮平衡车的动力学模型......................................................................... 17 3.2.1 相关参数介绍.......................................................................................... 17 3.2.2 基于牛顿力学方程的动力学模型.......................................................... 20 3.3 非线性模型的线性化..................................................................................... 21 3.3.1 基于泰勒级数的近似线性化方法.......................................................... 21 3.3.2 线性化的数学模型及系统解耦.............................................................. 23 3.4 系统性能分析................................................................................................. 28 3.4.1 稳定性分析.............................................................................................. 28 3.4.2 能控性分析.............................................................................................. 29 3.4.3 能观性分析.............................................................................................. 30 3.5 本章小结......................................................................................................... 30 两轮自平衡机器人控制系统设计..............................................................314.1 lqr 控制方法................................................................................................. 31 4.2 模糊控制方法................................................................................................. 34 4.2.1 模糊控制理论简介.................................................................................. 34 4.2.2 模糊控制的基本原理.............................................................................. 35 4.3 模糊控制器的设计......................................................................................... 36 4.3.1 模糊控制器的结构选择.......................................................................... 36 4.3.2 模糊控制参数的确定.............................................................................. 37 4.3.3 模糊控制规则的建立.............................................................................. 38 4.3.4 pd 参数整定原则..................................................................................... 40 4.3.5 模糊 pd 控制系统................................................................................... 40 4.3.6 仿真研究.................................................................................................. 42 4.4 实时控制实验................................................................................................. 46