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自平衡载人电动独轮车的控制系统研究
| 论文题名： | 自平衡载人电动独轮车的控制系统研究 |
| 关键词： | 电动独轮车;永磁同步电机;动态模型;姿态解算;自适应模糊PD控制;滤波融合 |
| 摘要： | 本文研究的是一种可以作为新型代步工具的自平衡载人电动独轮车。围绕着动力学模型与分析、姿态信息准确获取、姿态平衡控制和电机控制策略对电动独轮车进行了系统性的研究。 首先，基于电动独轮车实际运行情况和对运动过程进行合理假设，采用牛顿法对系统进行动力学建模。利用系统的线性化模型，对系统的稳定性，能控、能观性进行分析，并分析因骑行者不同导致模型参数变化带来的影响。建立的模型和相关的动力学特性分析为电动独轮车的控制提供了一定的理论基础。 其次，在分析常用惯性元件特点的基础上，结合电动独轮车的控制要求，选用陀螺仪和加速度计来测量电动独轮车的姿态信息，利用合适的姿态更新算法和滤波融合技术，来获得更加准确的姿态信息，为实现电动独轮车的姿态平衡控制建立基础。 再次，为提高姿态平衡控制器的控制性能，运用模糊控制的相关知识将非线性特性引入到线性PD控制器中，补偿被控系统中本身存在的非线性。结合电动独轮车动力学模型的非线性特点与其实际运行情况，制定模糊控制规则表，并通过电动独轮车的小角度启动自平衡和脉冲干扰仿真实验，与线性PD控制器进行对比实验，验证设计的自适应模糊PD控制器具备更好的动静态性能。 最后，结合自适应模糊PD控制和永磁同步电机矢量控制策略，建立包括姿态环、速度环、电流环的自平衡载人电动独轮车控制系统，来实现电动独轮车的姿态平衡控制，使电动独轮车具备了自平衡和载人功能。在此基础上，针对速度控制和负载突变振动问题提出了改进控制策略，来进一步提高系统的动态性能和抗干扰能力。搭建了自平衡载人电动独轮车实验平台，对其硬件和软件系统分别作了介绍，并对本文的研究内容进行了实验验证。 |
| 作者： | 申晓峰 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 章玮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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