2014.5.23肖春元毕业论文两轮自平衡循迹小车答辩ppt.pptx

2014.5.23肖春元毕业论文两轮自平衡循迹小车答辩ppt_毕业论文答辩
双轮自平衡机器人移动控制系统设计

研究背景及意义
从社会发展来看
现代社会自动化水平越来越来高,人们迫切需要更智能化的工具代替人工,提高效率。所以本设计顺应时代潮流。
从环境保护来看
当今世界环境污染、能源危机问题越来越来严重,而两轮车有节能、方便、无污染的优势,所以研究有良好的市场导向。
研究背景及意义
从学术研究来看
双轮自平衡机器人是一个复杂的动态控制过程,具有多变量、非线性、强耦合等特点,对实践要求较高。作为一个自动化本科毕业生,研究它可以提高我的分析、设计能力,开阔我的眼界。
所以该设计值得为之努力。
设计总体思路
1
(包括:直流电机对车模姿态的控制分析、判断系统的能控能观性、车模倒立摆模型分析)
2
(小车)的任务分解,包括直立控制、速度控制、方向控制。
3
硬件选型及硬件电路设计
设计总体思路
4
根据硬件特点,需要对硬件反馈数据(数据有误差)进行滤波处理。
5
根据模型和理论分析,小车需要反馈控制才能平衡运行,设计PID控制器反馈调节车模。
6
软件设计实现与综合调试
建立直流电机空间状态方程
由上图,结合电机动力学原理,电路理论,现代控制理论可得状态间方程(具体论文有推导):
由以上状态空间方程,可知通过控制输入电压U就可以控制车模倾角和速度。
判断系统的能控能观性
此系统状态方程,理论太强,对本科生来说很难完成,参考前人的研究结果:
上式:
将上式代入小车的实际参数,用Matlab中的ctrb(,),rank()可得能控性矩阵为满秩。
判断系统的能控能观性
代入参数的系统状态方程如下:
同理用obsv(,),obsvf(,)就可得到系统为满秩的能观系统。
车模倒立摆模型分析
根据小车实际的受力情况可建立如下的“倒立摆”物理模型
设小车重心集中在黑色圆里,在小车沿杆(刚体)方向,在杆的支撑力作用下可以平衡,由力学平行四边形分解法则,可得垂直杆方向运动方程:
由小车角度很小,可得,
可简化为:
当小车静止时加速度为0.