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原文传递单轨车辆自平衡控制研究

论文题名：	单轨车辆自平衡控制研究
关键词：	单轨车辆;平衡控制;滑模控制器;有限时间控制器
摘要：	单轨车辆是指类似于自行车这样的车轮纵向排列的一类交通工具。单轨车辆由于其特殊的机械结构，在静态状态下侧向不能稳定平衡，若要其稳定移动必须施加平衡控制。另外，单轨车辆是典型的多变量、不稳定、非线性的欠驱动系统，可以用来验证各种控制算法。所以对于单轨车辆的研究具有实际意义。　　本文针对单轨车辆的自平衡控制问题进行了研究，主要的研究内容如下：　　首先，介绍了单轨车辆的研究现状和主要研究方法，如关于单轨车辆的近几十年的国内外研究现状，分析并总结了单轨车辆现有的研究成果和各种控制方法，也对本文设计控制器的理论背景做了简单介绍。　　其次，针对单轨车辆控制系统，介绍了单轨车辆如何保持其机械稳定，以及一些对其稳定性具有重要影响力的因素：例如单轨车辆舵尾角度，单轨车辆舵尾长度，单轨车辆前叉陀螺效应，单轨车辆前后轮与地面之间的摩擦力等。列举了两个现阶段运用得较为广泛的控制方法。借鉴上述的单轨车辆建模，论文建立了研究的单轨车辆动力学模型。　　然后，依据论文的单轨车辆动力学模型，设计了一种滑模控制器。在国内外的相关文献中，滑模控制理论被广泛地应用在单轨车辆的控制中。在滑模控制中，控制器能克服系统的不确定性，并对干扰和未建模动态具有很强的鲁棒性，尤其对非线性系统的控制具有良好的控制效果。最后通过MATLAB仿真展示了滑模控制器的控制效果。　　最后，论文设计了有限时间控制器来控制单轨车辆的平衡。由于滑模控制的主要缺点也是其最致命的缺点，就是在达到滑动状态的同时也会伴随着高频的抖动出现。论文设计了连续的有限时间控制器，并在理论上证明了单轨车辆系统能在有限时间内稳定。最后通过MATLAB仿真展示了有限时间控制器的控制效果。
作者：	沈凌伟
专业：	控制工程
导师：	吕强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	杭州电子科技大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文