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球-车系统滑模变结构运动控制研究
| 论文题名： | 球-车系统滑模变结构运动控制研究 |
| 关键词： | 球-车系统;滑模变结构;视觉检测;运动控制 |
| 摘要： | 随着自平衡式两轮电动车的问世，对倒立摆系统、球-车系统等非线性自不稳定系统的研究越来越引起人们的重视。球，车系统是一个复杂的、不稳定的、非线性系统，对球-车系统问题的研究是非线性系统平衡控制的经典问题，能够有效的反映控制理论中的非线性问题、鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等。通过对球-车系统控制的实现，还可以检验新的控制理论与方法是否具有处理非线性和不稳定性问题的能力。 本文基于拉格朗日方程和牛顿力学分别建立了球-车系统的数学模型，并将所得模型与系统结构同一阶直线倒立摆系统进行类比，得到二者同为非线性自不稳定系统的结论。对于所建立的数学模型，采用必要条件法进行了模型验证，证明了模型的正确性。基于现代控制理论，检验了系统的能控性与能观测性。 为实现对球-车系统的稳定控制，设计了球，车系统双闭环PID控制器并通过仿真实验检验了控制系统的稳定性和鲁棒性。但是，球，车系统双闭环PID控制的快速性不够理想;基于滑模变结构控制的特性及优点，设计了球-车系统滑模-PD控制。仿真实验表明，球-车系统滑模-PD控制快速性明显优于双闭环PID控制，同时具有良好的鲁棒性。 为验证以上结论，建立了球-车系统硬件实验平台。基于设计软件，对球，车系统结构进行设计，通过机械加工得到了实验本体。采用工业摄像机建立了倾角视觉检测系统，并通过串口传输到控制中心;应用激光测距仪测量小车位置，经过转换电路将位置信号传递到控制中心;基于DSP实现了对自不稳定的球-车系统的稳定控制。 |
| 作者： | 王维 |
| 专业： | 电力电子与电力传动 |
| 导师： | 张晓华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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