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自平衡双轮电动车控制系统研究与实现
| 论文题名： | 自平衡双轮电动车控制系统研究与实现 |
| 关键词： | 自平衡电动车;无刷直流电机;控制系统;姿态检测 |
| 摘要： | 随着全球温室效应和城市交通拥堵等问题日益严重，小型化的短途交通工具也开始吸引着人们的关注。由于自平衡双轮电动车具有简单的结构、灵活的运动性、适应复杂多变的能力等优点，因此，自平衡电动车越来越吸引人们的喜爱。自平衡双轮电动车的无刷直流电机控制系统设计的具体内容如下: 首先建立数学模型。参照单摆对研究对象电动车进行受力分析，对无滚动摩擦、静止状态下的一级倒立摆进行受力分析。然后建立自平衡电动车的数学微分方程。结合自平衡双轮电动车的运动学分析，建立数学模型，为电动车的运动控制分析做好基础。 其次建立姿态检测系统。由于采用多惯性传感器组成的测量系统来度量自平衡双轮电动车的运动姿态，采用Kalman滤波算法对测量数据进行数据融合，从而减小测量过程中自平衡双轮电动车产生的误差和漂移。 之后设计了基于反演自适应动态滑模控制算法。通过分析反演自适应动态滑模控制原理，设计了反演自适应动态滑模控制算法，从而实现系统的速度控制。通过对反演自适应动态控制器进行MATLAB仿真，并将仿真结果与经典控制器的仿真结果进行对比，验证了反演自适应动态控制器具有抗干扰性能好和响应速度快的优点。证明了反演自适应动态滑模控制器的有效性和优越性。 最后完成系统总体设计和测试。硬件部分完成了各项功能所需的器件及其基本硬件电路。软件部分设计了相应的软件程序，设计自平衡双轮电动车的运动控制程序。电动车的直立平衡和方向转动控制采用PD控制，速度控制采用反演自适应动态滑模控制。主要对姿态传感器MPU6050测量的加速度和角速度信号进行了卡尔曼滤波，得到电动车倾角，之后将该信号传送到主控器中，进而控制电机的转速和方向，实现电动车的自动平衡和行走。并进行了系统的测试。 |
| 作者： | 井爽 |
| 专业： | 计算机技术 |
| 导师： | 苗敬利;郭增 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河北工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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