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两轮自平衡小车的模糊滑模控制分析.pdf 59页

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西安电子科技大学 学位论文独创性(或创新性)声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不 包含其他人己经发表或撰写过的研究成果;也不包含为获得西安电子科技大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。 本人签名: 刭。泣 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后,发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全 部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。(保密的论文 在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密,在一年解密后适用本授权书。 本人签名 导师签名 益 日期:为醇、1.》譬 第一章绪论 第一章绪论 本章先简要介绍了移动机器人的起源及发展史,接着系统的介绍了两轮自平 衡机器人的研究意义,阐述了目前国内外的研究发展现状,并依此提出了本论文 研究的主要内容。 1.1两轮自平衡小车的研究意义 两轮自平衡小车是移动机器人研究中的一个重要领埘”。移动机器人技术随着 计算机技术、软件技术、微电子技术、材料技术等相关领域的进步而发展,同航 天技术一样,机器人的发展水平甚至代表了一个国家的综合科技实力12】。 两轮自平衡机器人两轮共轴、独立驱动、车身中心位于车轮轴上方,通过运 动保持平衡,可直立行走。由于特殊的结构,其适应地形变化能力强,运动灵活, 可以胜任一些复杂环境里的工作。传统轮式移动机器人多以具有导向轮的三轮或 四轮小车布局,与之相比,两轮自平衡机器人主要有如下优点例: 螺 1.实现原地回转和任意半径转向,移动轨迹更为灵活易变,很好的弥补了传 统多轮布局的缺点; 2.减少了占地面积,适用于在场地面积较小或要求灵活运输的场合; 3.大大的简化了车体结构,可以把机器人做的更小更轻; 4.驱动功率也较小,为电池长时间供电提供了可能,为环保轻型车提供了一 种新的思路。 两轮自平衡机器人是一个集环境感知,动态决策与规划,行为控制与执行等 多种功能与一体的综合系统,是动力学理论和自动控制理论与技术相结合的研究 课题,其关键是解决在完成自身平衡的同时,还能够适应各种环境下的控制任务。 利用外加的红外传感器、速度传感器、倾角传感器、防碰撞开关等,来实现小车 的自主壁障、跟踪、路径规划等复杂功能。同时,两轮自平衡小车还是一个不稳定 机器人动力学系统,其动力学方程是一多变量、耦合、时变的非线性高阶方程, 加上运动学方程中的非完整约束,要求完成的任务也具有多重性。 因此,两轮自平衡小车是一个具体的实现起来相对简单的复杂系统,是检验 各种控制方法处理能力的典型装置,受到世界各国科学家的重视。在此实验系统 上可以运用多种方法进行控制,比如在本文要用的变结构控制,此外还有模糊控 制、神经网络控制、智能控制等、自适应控制等,并对各种控制方法提出了挑战, 两轮自平衡小车的模糊滑模控制研究 且物理意义明显,观察方便,系统具备复杂系统的特点但其本身又不很复杂,价 格低廉,占地面积小,是很有潜力的实验工具。其次建立在自平衡基础之上的两 轮小车的其他性能,例如复杂环境下的导航、拐角的转弯等问题也极有可能解决 在工业生产和社会生活中的许多问题。 1.2两轮自平衡机车的研究现状 机器人技术是一种面向未来的前沿技术,也是一项涉及材料科学、计算机技 术、控制技术、通信技术、传感器技术、微电子

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