本文選題：兩輪自平衡小車　切入點：極點配置　出處：《太原理工大學》2012年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：兩輪自平衡小車是一種源于經(jīng)典控制理論中倒立擺模型的新型智能機器人,在資源勘探、軍事偵察、交通運輸?shù)戎T多領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用前景。該機器人系統(tǒng)具有非線性、強耦合、多變量、自然不穩(wěn)定等多種特點,是控制理論、運動學、電子學、自動化等多種學科綜合運用的科技成果,已成為各國科學家的重點研究對象。 本文首先建立了兩輪自平衡小車的數(shù)學模型,在這一過程中通過對一階倒立擺數(shù)學模型的深入研究,逐步將理論模型擴展為小車實際系統(tǒng)模型,并對系統(tǒng)模型經(jīng)行了線性化處理,能控性以及可觀性分析。在已建立的模型基礎(chǔ)之上,小車系統(tǒng)控制方法的選擇就成為關(guān)鍵。本文分別對狀態(tài)反饋極點配置法和線性二次型最優(yōu)控制法進行了深入的分析,并利用Matlab軟件分別對兩種控制方法下的控制效果進行了對比分析,根據(jù)實際效果最終確定采用了狀態(tài)反饋極點配置法。 其次,在系統(tǒng)硬件方面,本文選取了TI公司的TMS320VC5509A數(shù)字信號處理器作為主控芯片,以便利用其強大的數(shù)據(jù)處理功能。傳感器方面采用了陀螺儀和加速度傳感器的配置,以綜合確定小車的實際運動狀態(tài)。軟件方面利用了TI公司開發(fā)的CCS3.3平臺,實現(xiàn)軟件編程,并重點研究了數(shù)字濾波器的設(shè)計。 最后,對組建完成的兩輪自平衡小車進行了各種實測及調(diào)試,同時利用Matlab軟件進行了小車系統(tǒng)的模型辨識,對系統(tǒng)模型作出了一定程度的改進,并反復調(diào)試直至達到預期的控制效果。
[Abstract]:Two-wheeled self-balancing vehicle is a new type of intelligent robot derived from the inverted pendulum model in classical control theory. It has a wide application prospect in many fields such as resource exploration, military reconnaissance, transportation and so on. Strong coupling, multi-variable, natural instability and other characteristics, are the control theory, kinematics, electronics, automation and other disciplines of science and technology, has become the focus of scientists in the world. In this paper, the mathematical model of the two-wheel self-balancing vehicle is established. In this process, the theoretical model is extended to the practical system model of the vehicle through the in-depth study of the mathematical model of the first-order inverted pendulum. The linearization, controllability and observability of the system model are analyzed. The selection of control method for small car system becomes the key. In this paper, the state feedback pole collocation method and the linear quadratic optimal control method are analyzed respectively. The control effects of the two control methods are compared and analyzed by using Matlab software. According to the actual results, the state feedback pole collocation method is adopted. Secondly, in the hardware aspect of the system, this paper selects TI's TMS320VC5509A digital signal processor as the main control chip, in order to make use of its powerful data processing function, the sensor adopts the configuration of gyroscope and acceleration sensor. In order to determine the actual motion state of the car synthetically, the software uses the CCS3.3 platform developed by TI company to realize the software programming, and the design of digital filter is studied emphatically. Finally, the self-balancing vehicle with two wheels was tested and debugged. At the same time, the model identification of the vehicle system was carried out by using Matlab software, and the system model was improved to a certain extent. And repeatedly debug until the desired control effect.
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TH22

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5 鄒W，

本文編號：1650351