独轮自平衡机器人的控制研究

发布时间：2023-09-16 10:43

　　独轮自平衡机器人作为一个典型的移动机器人,与其他轮式机器人相比,由于与地面只有一个接触点,因此具有运动灵活、结构简单、用途多样等特点。近年来,由于机器人技术的大幅度发展,独轮自平衡机器人也受到很大的关注。其中如何建立精确的力学模型和设计性能更为优化的控制器更是成为关注的热点。本文中重点所要研究的对象是一类有顶部竖直惯性飞轮以及底部行走轮的独轮机器人系统。首先对其建立相应的力学模型,然后在分析系统力学模型的基础上,设计了一系列的控制器对系统的运动控制进行研究。本文的主要内容如下1.对所选课题的背景和意义以及一些典型案例进行了阐述。分析了独轮自平衡机器人的发展历程和研究现状,介绍了一些常用的引理及线性矩阵不等式(LMI),还有Lyapunov稳定性定理和模糊模型。2.针对独轮自平衡机器人系统的平衡控制问题,提出了事件触发有限时间控制算法,并给出了触发条件。利用事件触发机制可以有效地减少控制器的更新次数,从而减轻控制器的负担,进而减少能量损耗。接下来设计了 Lyapunov函数,利用Lyapunov第二定理证明了系统的稳定性,并证明了系统是全局有限时间稳定的。最后利用MATLAB给出仿真结果...

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 国内外的研究现状
    1.3 论文的研究内容和章节安排
第二章 预备知识及常用引理
    2.1 本文相关的引理
    2.2 线性矩阵不等式
    2.3 Lyapunov稳定性定理
        2.3.1 Lyapunov意义下的稳定性
        2.3.2 Lyapunov稳定性定理
    2.4 模糊控制系统
    2.5 本章小结
第三章 事件触发有限时间控制策略
    3.1 引言
    3.2 建立独轮自平衡机器人系统的数学模型
        3.2.1 建立横轴方向的数学模型
        3.2.2 建立纵轴方向的数学模型
    3.3 事件触发有限时间控制策略
    3.4 自平衡独轮车系统的稳定性分析
    3.5 仿真结果
    3.6 结论
第四章 T-S模糊控制策略
    4.1 引言
    4.2 建立系统的T-S模糊模型
        4.2.1 在横轴方向建立T-S模糊模型
        4.2.2 在纵轴方向建立T-S模糊模型
    4.3 模糊控制器的设计和系统稳定性的分析
        4.3.1 并行分布式控制原理
        4.3.2 系统稳定性分析
    4.4 系统仿真结果
    4.5 结论
第五章 基于TS模糊模型的事件触发有限时间控制策略
    5.1 引言
    5.2 建立T-S模糊模型
    5.3 设计事件触发有限时间控制器
    5.4 系统稳定性分析
    5.5 仿真结果
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 本文后续研究展望
参考文献
致谢
附录 作者在读研期间发表的学术论文及参加的科研项目
    一、发表的学术论文
    二、参与的科研项目
    三、发明专利



本文编号：3846872