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 |