本文關鍵詞：獨輪自平衡車控制系統(tǒng)的開發(fā)

  更多相關文章： 獨輪自平衡車 動態(tài)建模 姿態(tài)解算 LQR 永磁同步電機 矢量控制

【摘要】：在城市空氣污染和交通擁堵問題日益嚴重的今天,獨輪自平衡車因其體積小、攜帶方便、運動靈活等優(yōu)點,越來越受到年輕人士的歡迎。作為一種新型、綠色環(huán)保的代步工具,獨輪自平衡車系統(tǒng)具有典型的高階、非線性、欠驅(qū)動、靜不穩(wěn)定等特性,對其進行建模和姿態(tài)平衡控制的研究已成為目前機器人研究領域的熱點之一本文在閱讀大量國內(nèi)外相關文獻的基礎上,就獨輪自平衡車系統(tǒng)的動力學建模、姿態(tài)檢測方法、姿態(tài)控制策略、電機控制策略等問題進行了分析研究,具體如下：首先,通過對獨輪自平衡車系統(tǒng)工作原理的分析,建立了系統(tǒng)各個部分的動力學方程,進而推導得到整個系統(tǒng)的動力學方程,并對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可控性、可觀性等性能進行了分析,為提出獨輪自平衡車的姿態(tài)控制策略提供了理論參考。其次,在分析常用慣性測量元件原理的基礎上,結合獨輪自平衡車系統(tǒng)的實際需求,提出了采用加速度計和陀螺儀來獲取車體姿態(tài)信息的方案。為了得到準確的車體姿態(tài)信息,對傳感器信號的濾波和姿態(tài)解算方法也進行了研究。再次,考慮到獨輪自平衡車對姿態(tài)控制性能和能量消耗的要求,本文設計了一個基于線性二次型調(diào)節(jié)器(LQR)的獨輪自平衡車姿態(tài)控制器,并進行了仿真驗證。結合獨輪自平衡車姿態(tài)控制策略和永磁同步電機矢量控制方法,建立了一個包括姿態(tài)環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)的多環(huán)獨輪自平衡車控制系統(tǒng),以實現(xiàn)獨輪自平衡車的姿態(tài)平衡控制。最后,搭建了獨輪自平衡車控制系統(tǒng)實驗平臺,對獨輪自平衡車姿態(tài)檢測方法、姿態(tài)控制策略、電機控制策略等進行了實驗驗證。結合當前智能硬件的發(fā)展的趨勢,設計了獨輪自平衡車上位機軟件和移動客戶端,提高了獨輪自平衡車系統(tǒng)的智能化程度。
【關鍵詞】：獨輪自平衡車 動態(tài)建模 姿態(tài)解算 LQR 永磁同步電機 矢量控制
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-14
• 第1章 緒論14-25
• 1.1 課題研究背景與意義14-16
• 1.2 研究現(xiàn)狀與分析16-23
• 1.2.1 獨輪自平衡機器人平衡原理17-18
• 1.2.2 典型的獨輪自平衡機器人介紹18-22
• 1.2.3 獨輪自平衡車重點研究問題22-23
• 1.3 本文的研究內(nèi)容23-25
• 第2章 獨輪自平衡車系統(tǒng)建模與分析25-32
• 2.1 獨輪自平衡車建模25-29
• 2.1.1 一般假設條件與坐標定義25-27
• 2.1.2 系統(tǒng)動力學建模及模型驗證27-29
• 2.2 獨輪自平衡車系統(tǒng)特性分析29-31
• 2.2.1 系統(tǒng)模型線性化29-30
• 2.2.2 系統(tǒng)控制特性分析30-31
• 2.3 本章小結31-32
• 第3章 基于LQR的獨輪自平衡車控制系統(tǒng)32-51
• 3.1 獨輪自平衡車的姿態(tài)解算32-39
• 3.1.1 傳感器選取與數(shù)據(jù)融合32-35
• 3.1.2 卡爾曼濾波融合過程分析35-37
• 3.1.3 基于四元數(shù)的姿態(tài)結算方法37-39
• 3.2 LQR控制策略39-44
• 3.2.1 LQR控制理論分析40-41
• 3.2.2 基于LQR的姿態(tài)控制器設計41-43
• 3.2.3 基于LQR姿態(tài)控制器控制效果分析43-44
• 3.3 電機控制策略分析44-48
• 3.3.1 電機控制策略對比44-45
• 3.3.2 永磁同步電機矢量控制方法45-48
• 3.4 獨輪自平衡車控制系統(tǒng)分析48-49
• 3.5 本章小結49-51
• 第4章 獨輪自平衡車控制系統(tǒng)的實現(xiàn)51-78
• 4.1 獨輪自平衡車控制系統(tǒng)硬件實現(xiàn)51-60
• 4.1.1 系統(tǒng)總體結構51-53
• 4.1.2 電源管理系統(tǒng)53-54
• 4.1.3 傳感器系統(tǒng)54-56
• 4.1.4 控制器系統(tǒng)56-57
• 4.1.5 電機驅(qū)動和功率電路57-58
• 4.1.6 通訊系統(tǒng)58-60
• 4.2 獨輪自平衡車控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)60-71
• 4.2.1 底層控制軟件60-64
• 4.2.2 上位機軟件64-68
• 4.2.3 移動客戶端軟件68-71
• 4.3 實驗結果分析71-77
• 4.3.1 姿態(tài)檢測實驗71-73
• 4.3.2 電機控制實驗73-74
• 4.3.3 姿態(tài)平衡控制實驗74-76
• 4.3.4 抗沖擊干擾實驗76-77
• 4.4 本章小結77-78
• 第5章 總結與展望78-80
• 5.1 本文的主要工作78
• 5.2 后續(xù)工作展望78-80
• 參考文獻80-84
• 攻讀碩士期間科研成果84

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1 薛偉寧;;磁導航平衡車軟件控制[J];中小企業(yè)管理與科技(上旬刊);2012年06期

2 孫軍;萬明倫;呂博;王玉玲;;平衡車機電控制系統(tǒng)建模與仿真[J];機械與電子;2010年10期

3 龍玉敏;;思卡爾兩輪平衡車直立研究[J];硅谷;2013年20期

4 張志強;;基于STM32的雙輪平衡車[J];電子設計工程;2011年13期

5 賴義漢;王凱;;基于MPU6050的雙輪平衡車控制系統(tǒng)設計[J];河南工程學院學報(自然科學版);2014年01期

6 ;[J];;年期

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1 魏樂樂;獨輪自平衡車控制系統(tǒng)的開發(fā)[D];浙江大學;2016年

2 張華;二輪平衡車系統(tǒng)的算法研究[D];華中師范大學;2014年

3 徐文凱;載人平衡車控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D];哈爾濱理工大學;2014年

4 陸軍;基于PID和LQR控制的兩輪自平衡小車研究[D];西南交通大學;2012年

5 趙磊;兩輪平衡車建模與系統(tǒng)設計[D];西南交通大學;2013年

6 萬明倫;基于LabVIEW的平衡車建模與仿真研究[D];沈陽建筑大學;2011年

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本文編號：860220