發(fā)布時間：2021-04-13 19:48

　　自1962年,世界上第一款機器人被設計出來,機器人技術就進入了飛速發(fā)展階段,機器人技術由于需要眾多領域的交叉結合,越來越表征著一個國家的綜合科技實力。雙輪自平衡車歸屬于機器人的一種,輪式移動機器人,其靈感來源于人體控制平衡的機制,物理模型可以歸類到一階倒立擺模型,自平衡車系統(tǒng)是一個復雜的非線性系統(tǒng),且含有諸多變量,各變量相互耦合,控制參數難以確定,控制任務復雜,控制難度大,因此其控制系統(tǒng)是一個研究和驗證復雜控制方法的理想平臺。模糊控制是一種利用人的經驗控制的控制算法,不要求已知控制對象的精確數學模型,巧妙地綜合了人們的直覺經驗,通過對模糊信息的處理可以對復雜對象實施良好的控制,具有設計簡單,便于應用,抗干擾能力強,響應速度快,便于控制,而且模糊控制具有良好的魯棒性,當對象的參數或結構有一定程度變化時仍然可以保持較好控制性能。本文研究了雙輪自平衡車的動力學模型,設計機械架構設計了平衡車所需外圍電路、終端和無線數據通路,其中平衡車部分包括動力單元,傳感器單元和控制器;終端主要包括遙控裝置、友好的交互界面和數據存儲。編寫傳統(tǒng)PID算法,調試平衡車使其完成直立,前后,轉彎等動作。引入自適應模糊... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：50 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

PID算法一般形式

圖 2.2 單擺運動受力分析 圖 2.3 倒立擺運動受力分析對于普通單擺，當質心偏離平衡位置時，受到的回復力為重力和細線拉力的合成，方向指向初始位置，其大小為：F -mg sin -mg …………………………（2.3“—”表示方向與運動方向相反，當偏移角 很小時，等式后半段成立，即回復力與偏移的角度之間大小成正比，方向相反。以上是單擺處在理想狀態(tài)時的情況，當單擺處在空氣中，單擺受到空氣阻力的作用，單擺會做阻尼運動，最終單擺靜止在平衡位置。阻尼力是一種與物體速度方向相反的力，阻尼力的大小正比于單擺的運動速度�？梢韵胂�，阻尼力過大時，單擺運動接近平衡位置時也不能快速的靜止，單擺到達平衡位置時間變長，這種情況叫做過阻尼，當阻尼力過小時，阻尼效果不佳，單擺會在平衡位置附近來回震蕩，這種情況叫做欠阻尼，可以預料，在這兩種狀態(tài)之間，存在這一個適當的阻尼系數，使得單擺穩(wěn)定到達平

圖 2.2 單擺運動受力分析 圖 2.3 倒立擺運動受力分析對于普通單擺，當質心偏離平衡位置時，受到的回復力為重力和細線拉力的合成，方向指向初始位置，其大小為：F -mg sin -mg …………………………（2.3“—”表示方向與運動方向相反，當偏移角 很小時，等式后半段成立，即回復力與偏移的角度之間大小成正比，方向相反。以上是單擺處在理想狀態(tài)時的情況，當單擺處在空氣中，單擺受到空氣阻力的作用，單擺會做阻尼運動，最終單擺靜止在平衡位置。阻尼力是一種與物體速度方向相反的力，阻尼力的大小正比于單擺的運動速度�？梢韵胂�，阻尼力過大時，單擺運動接近平衡位置時也不能快速的靜止，單擺到達平衡位置時間變長，這種情況叫做過阻尼，當阻尼力過小時，阻尼效果不佳，單擺會在平衡位置附近來回震蕩，這種情況叫做欠阻尼，可以預料，在這兩種狀態(tài)之間，存在這一個適當的阻尼系數，使得單擺穩(wěn)定到達平

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于單片機的兩輪自動平衡小車設計[J]. 林忠海.  科技創(chuàng)新與生產力. 2013(02)
[2]雙輪自平衡機器人研究綜述[J]. 周毅漳,葉榮斌.  機電技術. 2009(S1)
[3]串級PID控制在無人機姿態(tài)控制的應用[J]. 馮慶端,裴海龍.  微計算機信息. 2009(22)
[4]基于模糊自調整PID控制的同步發(fā)電機勵磁研究[J]. 揭海寶,郭清滔,康積濤,李平,謝建,古樹平.  電力系統(tǒng)保護與控制. 2009(09)
[5]基于Fuzzy Logic的PID自適應控制仿真[J]. 劉文江,馬思根,劉文海.  重慶工學院學報(自然科學版). 2009(04)
[6]工業(yè)控制中Fuzzy-PID控制的策略與方法[J]. 朱曉娟.  西安科技大學學報. 2009(01)
[7]模糊參數自整定PID控制在帶材卷繞糾偏中的應用[J]. 劉楠.  中國水運(理論版). 2007(01)
[8]適用于PC的PID算法及參數確定的實現方法[J]. 鄭衛(wèi)東,魏力.  機電產品開發(fā)與創(chuàng)新. 2005(06)
[9]PID控制系統(tǒng)和模糊自適應PID控制系統(tǒng)的研究及比較[J]. 張金煥.  武漢理工大學學報(信息與管理工程版). 2005(05)
[10]基于FPGA的模糊自整定PID控制器的研究[J]. 白瑞林,江呂鋒,王建.  儀器儀表學報. 2005(08)

碩士論文
[1]基于串級PID控制算法的四旋翼無人機控制系統(tǒng)設計與實現[D]. 烏仁別麗克.東華大學 2016
[2]雙輪直立機器人行走關鍵技術研究[D]. 方雁峰.浙江工業(yè)大學 2014
[3]自平衡兩輪移動機器人的設計[D]. 楊慧.蘇州大學 2012
[4]模糊自整定PID控制器的研究與設計[D]. 韓盼盼.河北工業(yè)大學 2011
[5]兩輪自平衡小車的設計與大范圍穩(wěn)定控制的研究[D]. 程剛.西安電子科技大學 2009



本文編號：3135901