自主双轮平衡车智能控制研究

发布时间：2017-09-08 09:48

  本文关键词：自主双轮平衡车智能控制研究

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【摘要】：随着城市交通变得越来越拥堵,汽车尾气排放对环境污染的越来越严重,噪声对人们生活的影响日益加剧。寻找一种新的短途代步工具,对城市生活来说,就显得必要而急切。平衡车作为一种新颖的交通工具,具有便携,低功耗,无污染,无噪声等诸多优点,一经问世,便逐渐受到越来越多人的青睐。近年来平衡车逐步的市场化,并在各种领域得到应用,给人们生活和工作带来便利的同时,其存在的一些安全问题也是不容忽视的。平衡车的应用,自然离不开控制的作用,最核心最关键的技术也在于控制部分。为了解决平衡车应用中安全问题,也就需要在控制方面做更深入的研究。近年来关于平衡车系统的控制研究,也引起了国内外诸多学者的广泛研究兴趣,时至今日也已经取得了丰硕的研究成果,然而前进的步伐并没有停止。平衡车系统作为,一种非线性、欠驱动、含有未知参数等不确定性的不稳定系统,对与控制来说,是具有一定的难度的。对于平衡车系统的研究,有基于精确模型的状态空间反馈控制,基于非线性系统的鲁棒控制,LQR控制,滑模控制,模糊控制,神经网络控制,等等都取得相应的进展。本文的研究出发点,以平衡车的控制算法为主要研究内容,设计相应的控制算法,以期望提高系统的鲁棒性能。本文首先对平衡车系统通过拉格朗日方法建立力学模型,然后基于此模型的基础上设计控制算法。并首先验证了最基本的PID控制器在平衡车系统中的应用,然后设计了自适应鲁棒控制器,及利用反推控制器设计方法的神经网络控制算法,基于极限学习机的参数估计算法。所有的算法都首先通过MTLAB仿真验证了可行性,并最终在平衡车实物上得到应用验证。
【关键词】：两轮自平衡车 自适应鲁棒控制 极限学习机 反推控制 智能控制
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U48
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究现状10-16
• 1.2.1 国外研究现状11-15
• 1.2.2 国内研究现状15-16
• 1.3 本论文研究相关内容16-17
• 1.4 本章小结17-18
• 第二章 系统搭建与建模18-32
• 2.1 平衡车系统搭建18-26
• 2.1.1 硬件系统搭建18-22
• 2.1.2 软件系统搭建22-26
• 2.2 平衡车模型分析26-31
• 2.2.1 问题公式化和预备知识27
• 2.2.2 两轮自平衡车的动力学模型27-28
• 2.2.3 简化的动力学模型28-30
• 2.2.4 物理性质30-31
• 2.3 本章小结31-32
• 第三章 PID控制32-43
• 3.1 PID控制器概述32-39
• 3.1.1 PID控制器的不同形式33-37
• 3.1.2 数字PID算法37-39
• 3.2 PID控制器设计39
• 3.3 实验结果与分析39-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 自适应鲁棒控制43-60
• 4.1 自适应鲁棒控制器简介43-46
• 4.1.1 鲁棒控制43-44
• 4.1.2 自适应控制44-46
• 4.2 控制器设计46-55
• 4.3 实验结果分析55-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 神经网络控制60-85
• 5.1 神经网络控制简介60-64
• 5.1.1 单隐层前馈神经网络61-62
• 5.1.2 极限学习机62-64
• 5.2 反推控制器64-67
• 5.2.1 反推控制器简介64-65
• 5.2.2 递归设计步骤65-67
• 5.3 控制器设计67-78
• 5.4 实验结果与分析78-83
• 5.5 本章小结83-85
• 总结与展望85-87
• 总结85-86
• 展望86-87
• 参考文献87-94
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果94-95
• 致谢95-96
• 附件96

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本文编号：813335