近年來,智能電動(dòng)車已經(jīng)變得越來越普及,被用在勘探、救援、交通以及娛樂等不同的場合。自平衡式兩輪電動(dòng)車（以下簡稱“平衡車”）作為代步工具以它操控便捷、低排放、高度娛樂性而逐漸被消費(fèi)者接受。同時(shí),平衡車作為一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng),雖然僅由車體兩邊的直流電機(jī)作為系統(tǒng)的動(dòng)力輸入,但卻有俯仰角、左右車輪轉(zhuǎn)角三個(gè)自由度,故其對控制性能要求較高。另外,由平衡車引起的事故時(shí)有發(fā)生,初學(xué)者在路面崎嶇、緊急制動(dòng)、急速轉(zhuǎn)彎等情況下,容易出現(xiàn)翻車等危險(xiǎn),限制了平衡車的推廣應(yīng)用。因此,需要研究有效的控制策略使平衡車穩(wěn)定、安全、可操控。論文針對平衡車在復(fù)雜路況包括斜面、不平整路面和過臺階時(shí)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析,在仿真軟件上進(jìn)行了模型驗(yàn)證。將平衡車系統(tǒng)解耦成直行子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向子系統(tǒng),設(shè)計(jì)了快速終端滑模變結(jié)構(gòu)控制和分層滑模變結(jié)構(gòu)控制相結(jié)合的控制方法,解決了平衡車的欠驅(qū)動(dòng)問題,并提高了系統(tǒng)到達(dá)平衡點(diǎn)的響應(yīng)速度,并應(yīng)用李雅普諾夫控制理論證明了控制方法的有效性。在此基礎(chǔ)上本文設(shè)計(jì)了基于滑模變結(jié)構(gòu)控制下的平衡車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了平衡車的直行與轉(zhuǎn)向功能。在MATLAB/Simulink平臺上分別進(jìn)行了平衡車在不同路況下的仿真實(shí)驗(yàn)... 

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究的背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國內(nèi)外平衡車建模與控制方法的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)外面向平衡車操控性能的研究現(xiàn)狀
    1.3 本課題研究的主要內(nèi)容
2 自平衡兩輪電動(dòng)車系統(tǒng)建模
    2.1 水平路面下的平衡車數(shù)學(xué)建模
        2.1.1 建立參考坐標(biāo)系
        2.1.2 系統(tǒng)的模型參數(shù)
        2.1.3 系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析
    2.2 不平整路面下的平衡車數(shù)學(xué)建模
        2.2.1 不平整路況下的動(dòng)力學(xué)分析
        2.2.2 平衡車過臺階的模型等效問題
    2.3 平衡車的動(dòng)力學(xué)模型驗(yàn)證
    2.4 本章小結(jié)
3 基于終端分層滑模變結(jié)構(gòu)的平衡車運(yùn)動(dòng)控制
    3.1 平衡車雙閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    3.2 快速終端分層滑模變結(jié)構(gòu)控制方法
        3.2.1 快速終端滑模變結(jié)構(gòu)控制方法
        3.2.2 分層滑模變結(jié)構(gòu)控制方法
        3.2.3 HFTSMC控制方法及穩(wěn)定性證明
    3.3 基于滑�？刂频钠胶廛嚥煌窙r下操控性仿真分析
        3.3.1 水平路況下平衡車的仿真分析
        3.3.2 斜面路況下平衡車的仿真分析
        3.3.3 bump路況下平衡車的仿真分析
        3.3.4 不平整路況下平衡車的仿真分析
        3.3.5 平衡車過臺階路況下的仿真分析
    3.4 基于滑模控制的平衡車緊急制動(dòng)控制仿真分析
    3.5 本章小結(jié)
4 平衡車的電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    4.1 平衡車系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    4.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        4.2.1 運(yùn)動(dòng)控制主板
        4.2.2 直流電源及穩(wěn)壓電路單元
        4.2.3 直流有刷電機(jī)
        4.2.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
    4.3 整車姿態(tài)及速度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        4.3.1 基于MPU6050的姿態(tài)檢測單元
        4.3.2 基于AS5040的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測單元
    4.4 本章小結(jié)
5 平衡車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)整車實(shí)物實(shí)驗(yàn)
    5.1 平衡車硬件電路測試
        5.1.1 平衡車主板測試
        5.1.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路測試
        5.1.3 姿態(tài)檢測單元測試
    5.2 基于PID控制策略的運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)
        5.2.1 基于PID控制策略的平衡車系統(tǒng)控制方式設(shè)計(jì)
        5.2.2 基于PID控制策略的平衡車系統(tǒng)功能測試
    5.3 基于滑�？刂撇呗缘倪\(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)
        5.3.1 基于滑�？刂撇呗缘钠胶廛囅到y(tǒng)控制方式設(shè)計(jì)
        5.3.2 基于滑�？刂撇呗缘钠胶廛嚬δ軠y試
        5.3.3 不平整路況下平衡車的運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于場效應(yīng)管的大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)[J]. 胡發(fā)煥,邱小童,蔡咸健.  電機(jī)與控制應(yīng)用. 2011(04)
[2]雙輪自平衡機(jī)器人研究綜述[J]. 周毅漳,葉榮斌.  機(jī)電技術(shù). 2009(S1)
[3]滑模變結(jié)構(gòu)控制理論及其算法研究與進(jìn)展[J]. 劉金琨,孫富春.  控制理論與應(yīng)用. 2007(03)

博士論文
[1]多自由度兩輪自平衡機(jī)器人技術(shù)研究[D]. 戴福全.北京理工大學(xué) 2015
[2]兩輪自平衡機(jī)器人的研究[D]. 王曉宇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2007

碩士論文
[1]基于DSP的無刷直流電機(jī)方波驅(qū)動(dòng)與正弦波驅(qū)動(dòng)研究[D]. 韋啟宣.華南理工大學(xué) 2012



本文編號：3706565