基于自适应模糊PID的双轮自平衡车的控制系统研究
发布时间：2021-04-13 19:48
自1962年,世界上第一款机器人被设计出来,机器人技术就进入了飞速发展阶段,机器人技术由于需要众多领域的交叉结合,越来越表征着一个国家的综合科技实力。双轮自平衡车归属于机器人的一种,轮式移动机器人,其灵感来源于人体控制平衡的机制,物理模型可以归类到一阶倒立摆模型,自平衡车系统是一个复杂的非线性系统,且含有诸多变量,各变量相互耦合,控制参数难以确定,控制任务复杂,控制难度大,因此其控制系统是一个研究和验证复杂控制方法的理想平台。模糊控制是一种利用人的经验控制的控制算法,不要求已知控制对象的精确数学模型,巧妙地综合了人们的直觉经验,通过对模糊信息的处理可以对复杂对象实施良好的控制,具有设计简单,便于应用,抗干扰能力强,响应速度快,便于控制,而且模糊控制具有良好的鲁棒性,当对象的参数或结构有一定程度变化时仍然可以保持较好控制性能。本文研究了双轮自平衡车的动力学模型,设计机械架构设计了平衡车所需外围电路、终端和无线数据通路,其中平衡车部分包括动力单元,传感器单元和控制器;终端主要包括遥控装置、友好的交互界面和数据存储。编写传统PID算法,调试平衡车使其完成直立,前后,转弯等动作。引入自适应模糊...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：50 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PID算法一般形式
图 2.2 单摆运动受力分析 图 2.3 倒立摆运动受力分析对于普通单摆，当质心偏离平衡位置时，受到的回复力为重力和细线拉力的合成，方向指向初始位置，其大小为：F -mg sin -mg …………………………（2.3“—”表示方向与运动方向相反，当偏移角 很小时，等式后半段成立，即回复力与偏移的角度之间大小成正比，方向相反。以上是单摆处在理想状态时的情况，当单摆处在空气中，单摆受到空气阻力的作用，单摆会做阻尼运动，最终单摆静止在平衡位置。阻尼力是一种与物体速度方向相反的力，阻尼力的大小正比于单摆的运动速度。可以想象，阻尼力过大时，单摆运动接近平衡位置时也不能快速的静止，单摆到达平衡位置时间变长，这种情况叫做过阻尼，当阻尼力过小时，阻尼效果不佳，单摆会在平衡位置附近来回震荡，这种情况叫做欠阻尼，可以预料，在这两种状态之间，存在这一个适当的阻尼系数，使得单摆稳定到达平
图 2.2 单摆运动受力分析 图 2.3 倒立摆运动受力分析对于普通单摆，当质心偏离平衡位置时，受到的回复力为重力和细线拉力的合成，方向指向初始位置，其大小为：F -mg sin -mg …………………………（2.3“—”表示方向与运动方向相反，当偏移角 很小时，等式后半段成立，即回复力与偏移的角度之间大小成正比，方向相反。以上是单摆处在理想状态时的情况，当单摆处在空气中，单摆受到空气阻力的作用，单摆会做阻尼运动，最终单摆静止在平衡位置。阻尼力是一种与物体速度方向相反的力，阻尼力的大小正比于单摆的运动速度。可以想象，阻尼力过大时，单摆运动接近平衡位置时也不能快速的静止，单摆到达平衡位置时间变长，这种情况叫做过阻尼，当阻尼力过小时，阻尼效果不佳，单摆会在平衡位置附近来回震荡，这种情况叫做欠阻尼，可以预料，在这两种状态之间，存在这一个适当的阻尼系数，使得单摆稳定到达平
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于单片机的两轮自动平衡小车设计[J]. 林忠海. 科技创新与生产力. 2013(02)
[2]双轮自平衡机器人研究综述[J]. 周毅漳,叶荣斌. 机电技术. 2009(S1)
[3]串级PID控制在无人机姿态控制的应用[J]. 冯庆端,裴海龙. 微计算机信息. 2009(22)
[4]基于模糊自调整PID控制的同步发电机励磁研究[J]. 揭海宝,郭清滔,康积涛,李平,谢建,古树平. 电力系统保护与控制. 2009(09)
[5]基于Fuzzy Logic的PID自适应控制仿真[J]. 刘文江,马思根,刘文海. 重庆工学院学报(自然科学版). 2009(04)
[6]工业控制中Fuzzy-PID控制的策略与方法[J]. 朱晓娟. 西安科技大学学报. 2009(01)
[7]模糊参数自整定PID控制在带材卷绕纠偏中的应用[J]. 刘楠. 中国水运(理论版). 2007(01)
[8]适用于PC的PID算法及参数确定的实现方法[J]. 郑卫东,魏力. 机电产品开发与创新. 2005(06)
[9]PID控制系统和模糊自适应PID控制系统的研究及比较[J]. 张金焕. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2005(05)
[10]基于FPGA的模糊自整定PID控制器的研究[J]. 白瑞林,江吕锋,王建. 仪器仪表学报. 2005(08)
硕士论文
[1]基于串级PID控制算法的四旋翼无人机控制系统设计与实现[D]. 乌仁别丽克.东华大学 2016
[2]双轮直立机器人行走关键技术研究[D]. 方雁峰.浙江工业大学 2014
[3]自平衡两轮移动机器人的设计[D]. 杨慧.苏州大学 2012
[4]模糊自整定PID控制器的研究与设计[D]. 韩盼盼.河北工业大学 2011
[5]两轮自平衡小车的设计与大范围稳定控制的研究[D]. 程刚.西安电子科技大学 2009
本文编号：3135901
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：50 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PID算法一般形式
图 2.2 单摆运动受力分析 图 2.3 倒立摆运动受力分析对于普通单摆，当质心偏离平衡位置时，受到的回复力为重力和细线拉力的合成，方向指向初始位置，其大小为：F -mg sin -mg …………………………（2.3“—”表示方向与运动方向相反，当偏移角 很小时，等式后半段成立，即回复力与偏移的角度之间大小成正比，方向相反。以上是单摆处在理想状态时的情况，当单摆处在空气中，单摆受到空气阻力的作用，单摆会做阻尼运动，最终单摆静止在平衡位置。阻尼力是一种与物体速度方向相反的力，阻尼力的大小正比于单摆的运动速度。可以想象，阻尼力过大时，单摆运动接近平衡位置时也不能快速的静止，单摆到达平衡位置时间变长，这种情况叫做过阻尼，当阻尼力过小时，阻尼效果不佳，单摆会在平衡位置附近来回震荡，这种情况叫做欠阻尼，可以预料，在这两种状态之间，存在这一个适当的阻尼系数，使得单摆稳定到达平
图 2.2 单摆运动受力分析 图 2.3 倒立摆运动受力分析对于普通单摆，当质心偏离平衡位置时，受到的回复力为重力和细线拉力的合成，方向指向初始位置，其大小为：F -mg sin -mg …………………………（2.3“—”表示方向与运动方向相反，当偏移角 很小时，等式后半段成立，即回复力与偏移的角度之间大小成正比，方向相反。以上是单摆处在理想状态时的情况，当单摆处在空气中，单摆受到空气阻力的作用，单摆会做阻尼运动，最终单摆静止在平衡位置。阻尼力是一种与物体速度方向相反的力，阻尼力的大小正比于单摆的运动速度。可以想象，阻尼力过大时，单摆运动接近平衡位置时也不能快速的静止，单摆到达平衡位置时间变长，这种情况叫做过阻尼，当阻尼力过小时，阻尼效果不佳，单摆会在平衡位置附近来回震荡，这种情况叫做欠阻尼，可以预料，在这两种状态之间，存在这一个适当的阻尼系数，使得单摆稳定到达平
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于单片机的两轮自动平衡小车设计[J]. 林忠海. 科技创新与生产力. 2013(02)
[2]双轮自平衡机器人研究综述[J]. 周毅漳,叶荣斌. 机电技术. 2009(S1)
[3]串级PID控制在无人机姿态控制的应用[J]. 冯庆端,裴海龙. 微计算机信息. 2009(22)
[4]基于模糊自调整PID控制的同步发电机励磁研究[J]. 揭海宝,郭清滔,康积涛,李平,谢建,古树平. 电力系统保护与控制. 2009(09)
[5]基于Fuzzy Logic的PID自适应控制仿真[J]. 刘文江,马思根,刘文海. 重庆工学院学报(自然科学版). 2009(04)
[6]工业控制中Fuzzy-PID控制的策略与方法[J]. 朱晓娟. 西安科技大学学报. 2009(01)
[7]模糊参数自整定PID控制在带材卷绕纠偏中的应用[J]. 刘楠. 中国水运(理论版). 2007(01)
[8]适用于PC的PID算法及参数确定的实现方法[J]. 郑卫东,魏力. 机电产品开发与创新. 2005(06)
[9]PID控制系统和模糊自适应PID控制系统的研究及比较[J]. 张金焕. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2005(05)
[10]基于FPGA的模糊自整定PID控制器的研究[J]. 白瑞林,江吕锋,王建. 仪器仪表学报. 2005(08)
硕士论文
[1]基于串级PID控制算法的四旋翼无人机控制系统设计与实现[D]. 乌仁别丽克.东华大学 2016
[2]双轮直立机器人行走关键技术研究[D]. 方雁峰.浙江工业大学 2014
[3]自平衡两轮移动机器人的设计[D]. 杨慧.苏州大学 2012
[4]模糊自整定PID控制器的研究与设计[D]. 韩盼盼.河北工业大学 2011
[5]两轮自平衡小车的设计与大范围稳定控制的研究[D]. 程刚.西安电子科技大学 2009
本文编号：3135901
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