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基于遗传PD控制的两轮平衡车系统设计
| 论文题名： | 基于遗传PD控制的两轮平衡车系统设计 |
| 关键词： | 两轮平衡车;惯性传感器;遗传PD控制;互补滤波;卡尔曼滤波 |
| 摘要： | 两轮自平衡车以其操作简单、节能环保、运动灵活等优点已经被广泛研究。两轮平衡车是一个非线性的不稳定系统，其原理与倒立摆类似。本文设计了一个基于遗传PD控制的两轮平衡车系统，系统中小车的平衡与运动控制通过基于遗传算法的PD控制器来实现，具有更好的控制效果，在实际工程应用中具有参考价值。 首先，本文完成了硬件电路系统的原理图和PCB设计，包括主控电路、惯性传感器电路、电平转换电路等等。从元器件的选型到硬件电路板的焊接与测试，给两轮平衡车系统搭建了完整的硬件平台。本文中主控芯片使用飞思卡尔K60系列芯片，其内部集成cortex-M4内核，具有强大的数据处理能力。 小车要达到自平衡的要求，车体的实时倾角是一个非常重要的参数。本文倾角数据由加速度计和陀螺仪采集而来，通过互补滤波和卡尔曼滤波两种算法来进行加速度计和陀螺仪的数据融合，再通过Matlab仿真对比滤波效果，以滤波后得到的倾角值作为重要参数来调节小车的平衡和运动状态。 最后，对两轮平衡车系统进行了数学建模，从模型的角度去分析如何实现小车的自平衡与运动控制。本文基于遗传算法的思路和步骤，设计了基于遗传算法的PD控制器，从原理上来分析遗传算法的优势。并且通过仿真对比，较传统PID控制方法有着更快的响应速度和更好的动态性能，验证了算法的可靠性和实用性。 |
| 作者： | 汪幸 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 李双全 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨理工大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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