两轮自平衡机器人的控制方法研究 被引量：15

1

作者 武俊峰 孙雷 《哈尔滨理工大学学报》 CAS 2014年第6期22-26,共5页

由于两轮自平衡机器人在工业和社会的应用日益广泛,结合传统的机器人控制理念,提出了两种思路新颖、效果更优的控制方法.在数学建模基础上对自平衡机器人的运动进行分析,把非线性模型线性化.并针对两轮自平衡机器人平衡点线性化模型,采... 由于两轮自平衡机器人在工业和社会的应用日益广泛,结合传统的机器人控制理念,提出了两种思路新颖、效果更优的控制方法.在数学建模基础上对自平衡机器人的运动进行分析,把非线性模型线性化.并针对两轮自平衡机器人平衡点线性化模型,采用现代控制理论经典的极点配置方法设计状态反馈控制器,对初始倾角及初始位移控制进行了仿真分析,同时也运用了LQR方法,对现代控制理论中的状态空间方程给出的线性系统进行研究,对倾角控制和位移控制进行仿真. 展开更多

关键词 两轮自平衡机器人 线性系统 数学建模 仿真

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两轮自平衡机器人控制系统设计与实现 被引量：33

2

作者 林文建 钟杭 +2 位作者 黎福海 肖祥慧 钱馨然 《电子测量与仪器学报》 CSCD 2013年第8期750-759,共10页

提出了一种使用PID优化LQR的两轮自平衡机器人控制方案。首先建立自平衡机器人的动态模型,使用卡尔曼滤波实现加速度计及陀螺仪的信息融合,然后设计了一种具有PID动态调节及LQR跟踪功能的PID-LQR控制器,解决了机器人在大角度范围内不能... 提出了一种使用PID优化LQR的两轮自平衡机器人控制方案。首先建立自平衡机器人的动态模型,使用卡尔曼滤波实现加速度计及陀螺仪的信息融合,然后设计了一种具有PID动态调节及LQR跟踪功能的PID-LQR控制器,解决了机器人在大角度范围内不能快速稳定地达到设定状态效果的问题,最后搭建了以K60微控制器为核心的机器人软硬件平台。仿真结果表明当设定速度为1m/s时,PID-LQR控制器比LQR控制器动态响应速度减少接近1 s。实际应用测试结果表明当机器人受冲击后,重新回到平衡位置的时间减少接近1s,平衡位置的扰动大小减小50%左右。 展开更多

关键词 两轮自平衡机器人 动态模型 PID-LQR控制器 K60微控制器

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模糊理论和PID相融合的两轮自平衡机器人智能控制系统 被引量：20

3

作者 夏国清 陈华珍 《现代电子技术》 北大核心 2018年第21期117-120,共4页

针对两轮自平衡机器人控制系统的开发和研制普遍存在不足,易导致控制系统故障等问题,对两轮自平衡机器人进行研究并建立基于模糊理论与PID控制相融合的两轮自平衡机器人智能控制系统模型,将所得模型根据PID控制和模糊理论算法进行仿真实... 针对两轮自平衡机器人控制系统的开发和研制普遍存在不足,易导致控制系统故障等问题,对两轮自平衡机器人进行研究并建立基于模糊理论与PID控制相融合的两轮自平衡机器人智能控制系统模型,将所得模型根据PID控制和模糊理论算法进行仿真实验,并对实验数据进行测量和分析。仿真结果表明,模糊理论和PID相融合的控制器有利于促进两轮自平衡机器人控制系统的稳定,实现对输入信号的跟踪。 展开更多

关键词 自适应PID 模糊控制器 VB语言 模糊理论 信号跟踪 两轮自平衡机器人

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两轮自平衡机器人系统建模与模糊自整定PID控制 被引量：20

4

作者 蔡建羡 阮晓刚 甘家飞 《北京工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第12期1603-1607,共5页

针对不稳定、非线性、强耦合的两轮自平衡机器人系统,运用牛顿力学方法建立了转向运动的数学模型.介绍了用模糊控制进行PID参数整定的原理和方法,并用该方法实现对两轮自平衡机器人系统的控制.仿真结果和实际应用均表明,该方法能使系统... 针对不稳定、非线性、强耦合的两轮自平衡机器人系统,运用牛顿力学方法建立了转向运动的数学模型.介绍了用模糊控制进行PID参数整定的原理和方法,并用该方法实现对两轮自平衡机器人系统的控制.仿真结果和实际应用均表明,该方法能使系统有更好的快速性和稳定性. 展开更多

关键词 两轮自平衡机器人 模糊控制 PID参数整定 牛顿力学

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自平衡小车LQR-PID平衡与路径跟踪控制器设计 被引量：14

5

作者 高志伟 代学武 《控制工程》 CSCD 北大核心 2020年第4期708-714,共7页

基于两轮自平衡小车,运用拉格朗日函数法构建了系统的动力学方程,将其非线性模型在工作点附近线性解耦为直线与转向两种运动状态。提出了一种综合考虑平衡控制和位置/方向随动控制的LQR-PID混合最优控制器,引入位置角与转向角偏差的积分... 基于两轮自平衡小车,运用拉格朗日函数法构建了系统的动力学方程,将其非线性模型在工作点附近线性解耦为直线与转向两种运动状态。提出了一种综合考虑平衡控制和位置/方向随动控制的LQR-PID混合最优控制器,引入位置角与转向角偏差的积分项,通过LQR最优算法优化PID参数,改善了系统的动态性能,使小车具有良好的轨迹跟踪性能的同时能量消耗最少。仿真实验表明该算法能使平衡小车在保持动态平衡的前提下对指定轨迹进行的良好跟踪,具有较快的动态响应速度,对干扰具有良好的鲁棒性。 展开更多

关键词 两轮自平衡机器人 拉格朗日函数法 LQR 路径跟踪

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两轮自平衡机器人的LQR改进控制 被引量：13

6

作者 武俊峰 张继段 《哈尔滨理工大学学报》 CAS 2012年第6期1-5,共5页

针对传统LQR最优控制器选取权阵的不确定性以及由此引发的响应速度慢的问题,对两轮自平衡机器人系统进行改进控制,使用传统LQR算法进行系统控制,并对存在的问题提出解决方法,选择一加权矩阵使系统稳定性得到进一步的提高,对比改进前后的... 针对传统LQR最优控制器选取权阵的不确定性以及由此引发的响应速度慢的问题,对两轮自平衡机器人系统进行改进控制,使用传统LQR算法进行系统控制,并对存在的问题提出解决方法,选择一加权矩阵使系统稳定性得到进一步的提高,对比改进前后的LQR控制器,使用MATLAB进行仿真对比,可以得出优化后的LQR具有良好的控制效果,达到了预期效果,并具有良好的稳定性. 展开更多

关键词 两轮自平衡机器人 LQR 加权矩阵 稳定度设计

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基于蚁群算法的机器人系统LQR最优控制研究 被引量：9

7

作者 武凌宇 王晓东 吴建德 《传感器与微系统》 CSCD 2018年第1期56-59,共4页

针对两轮自平衡机器人线性二次最优控制器(LQR)中的权参数选择问题,提出了一种基于自适应蚁群算法的权矩阵优化参数策略。利用LQR控制器,采用自适应蚁群算法对LQR权矩阵Q的各位参数进行数字寻优,将得到的数字序列进行划分,寻找到最优参... 针对两轮自平衡机器人线性二次最优控制器(LQR)中的权参数选择问题,提出了一种基于自适应蚁群算法的权矩阵优化参数策略。利用LQR控制器,采用自适应蚁群算法对LQR权矩阵Q的各位参数进行数字寻优,将得到的数字序列进行划分,寻找到最优参数值,从而对两轮自平衡机器人的俯仰属性进行有效的系统控制。仿真实验结果表明:采用蚁群算法优化后的控制器比人工选择参数策略有更好的控制效果,验证了方法的稳定性和有效性。 展开更多

关键词 两轮自平衡机器人 线性二次最优控制器 蚁群算法 权矩阵

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3D打印的两轮自平衡机器人的模糊自适应控制策略 被引量：8

8

作者 张俊杰 周惠兴 +1 位作者 王衍学 刘天宇 《科学技术与工程》 北大核心 2020年第21期8637-8642,共6页

为解决3D打印制造的两轮自平衡机器人模型多样化的运动控制问题,研究一种针对非特定模型的自平衡机器人的运动控制策略。结果表明:所提出策略基于模糊自适应的控制理论,可在非人为参数调整的工况下,对于非特定模型的自平衡机器人的多种... 为解决3D打印制造的两轮自平衡机器人模型多样化的运动控制问题,研究一种针对非特定模型的自平衡机器人的运动控制策略。结果表明:所提出策略基于模糊自适应的控制理论,可在非人为参数调整的工况下,对于非特定模型的自平衡机器人的多种运动情景,进行快速准确的参数自调节和实时稳定的运动控制。可见,本文策略能够较好地解决3D打印制造的两轮自平衡机器人的模型多样化的自适应运动控制问题。 展开更多

关键词 两轮自平衡机器人 模糊自适应 PID 3D打印

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变倾角自适应双轮自平衡机器人控制算法 被引量：8

9

作者 牛雪娟 孙宏图 《控制工程》 CSCD 北大核心 2021年第2期306-312,共7页

为了提高双轮自平衡机器人的动态稳定性,提出了一种基于传感器数据融合的模糊自适应PID控制策略。首先通过建立传感器的数学模型分析其误差来源,并对比了改进后的互补滤波和卡尔曼滤波融合算法在自平衡机器人倾角测量中的实时准确性;其... 为了提高双轮自平衡机器人的动态稳定性,提出了一种基于传感器数据融合的模糊自适应PID控制策略。首先通过建立传感器的数学模型分析其误差来源,并对比了改进后的互补滤波和卡尔曼滤波融合算法在自平衡机器人倾角测量中的实时准确性;其次根据PID参数的控制效果,针对机器人倾角持续无规律变化设计了具有不同论域范围和变隶属度函数特点的变倾角模糊PID控制方法。实验结果表明,改进后的卡尔曼滤波融合算法在自平衡机器人控制中更具优越性;同时,变倾角模糊PID控制与传统PID控制相比,机器人在平衡和前进控制过程中具有较强的自适应能力和鲁棒性,其调节时间分别缩短0.8 s和3 s,超调量分别降低10%和16%。 展开更多

关键词 双轮自平衡机器人 互补滤波 卡尔曼滤波 模糊自适应PID 鲁棒性

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滑模变结构方法在两轮自平衡机器人上的应用 被引量：7

10

作者 武俊峰 李月 《哈尔滨理工大学学报》 CAS 2013年第2期95-100,共6页

研究了滑模变结构理论在两轮自平衡机器人系统的稳定控制.将滑膜变结构控制应用于具有非线性及强扰动性的两轮自平衡机器人.设计了滑模控制器,利用滑模控制器的特点实现对被控对象快速、有效的控制;针对滑模控制器本身的抖动问题,提出... 研究了滑模变结构理论在两轮自平衡机器人系统的稳定控制.将滑膜变结构控制应用于具有非线性及强扰动性的两轮自平衡机器人.设计了滑模控制器,利用滑模控制器的特点实现对被控对象快速、有效的控制;针对滑模控制器本身的抖动问题,提出了一种模糊控制和滑模控制策略相结合的模糊滑模控制器,推导出模糊滑模控制律,根据Lyapunov稳定性定理,建立模糊逻辑规则库.通过仿真验证,控制方法有可行性和有效性,结果表明,本文提出的方法不仅保留了滑模控制系统所具有的较强的鲁棒性,而且消除了系统的高频颤动. 展开更多

关键词 两轮自平衡机器人 滑模变结构 模糊滑模

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双轮自平衡机器人研究综述 被引量：5

11

作者 周毅漳 叶荣斌 《机电技术》 2009年第B10期24-27,共4页

双轮自平衡机器人是一种特殊轮式移动机器人,具有多变量、非线性、强耦合、参数不确定性等动力学特性。对其进行深入探讨具有一定的科学研究和实际应用价值。本文综述了国内外双轮自平衡机器人的研究现状,分析了研究中存在的问题,并指... 双轮自平衡机器人是一种特殊轮式移动机器人,具有多变量、非线性、强耦合、参数不确定性等动力学特性。对其进行深入探讨具有一定的科学研究和实际应用价值。本文综述了国内外双轮自平衡机器人的研究现状,分析了研究中存在的问题,并指出了自平衡机器人的发展趋势。 展开更多

关键词 双轮自平衡机器人 稳定控制 综述

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复杂环境下两轮自平衡机器人稳定控制研究 被引量：4

12

作者 阮晓钢 陈静 +1 位作者 蔡建羡 李欣源 《北京工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期1310-1316,共7页

针对两轮自平衡机器人在控制过程中的抖动现象,采用一种快速跟踪的有限记忆递推最小二乘估计方法,实现系重心偏移角的参数辨识.仿真表明,在参数突然变化时,该方法能快速辨识系统参数.通过增加一个惯导元件,用一个倾角仪A中采集的数据辨... 针对两轮自平衡机器人在控制过程中的抖动现象,采用一种快速跟踪的有限记忆递推最小二乘估计方法,实现系重心偏移角的参数辨识.仿真表明,在参数突然变化时,该方法能快速辨识系统参数.通过增加一个惯导元件,用一个倾角仪A中采集的数据辨识出的偏移角对另一个倾角仪B的零位进行修正,将B采集的数据反馈到控制器中,对机器人实施平衡控制.分析表明,考虑重心偏移的控制策略是一种自适应的控制方法,能有效去除抖动现象,提高两轮自平衡机器人平衡控制的鲁棒性. 展开更多

关键词 两轮自平衡机器人 重心偏移 参数估计 递推最小二乘法 平衡控制 惯导元件

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基于滑模变结构方法的两轮自平衡机器人的跟踪控制

13

作者 张昱昊 《自动化应用》 2023年第13期4-8,共5页

本文使用Lagrange方程方法建立了两轮自平衡机器人的非线性动力学模型,建模时考虑了系统阻尼和驱动电机模型,对建立的非线性模型进行线性化处理后将系统解耦为平衡子系统和转向子系统。针对机器人模型参数不精确和外部不确定扰动造成传... 本文使用Lagrange方程方法建立了两轮自平衡机器人的非线性动力学模型,建模时考虑了系统阻尼和驱动电机模型,对建立的非线性模型进行线性化处理后将系统解耦为平衡子系统和转向子系统。针对机器人模型参数不精确和外部不确定扰动造成传统控制方法鲁棒性不佳的问题,设计了一种滑模变结构的机器人跟踪算法,实现了机器人的平衡控制和速度跟踪控制。使用MATLAB/Simulink对控制器进行了仿真计算,结果表明,设计的滑模控制器能较好地实现机器人的平衡控制、速度和位移跟踪控制。 展开更多

关键词 两轮自平衡机器人 动力学模型 滑模控制 跟踪控制 仿真

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两轮自平衡机器人转向稳定性优化研究 被引量：4

14

作者 戴福全 李济泽 +1 位作者 朱悦涵 阮玉镇 《机械设计与制造》 北大核心 2017年第4期256-258,262,共4页

由于两轮自平衡机器人具有占地小、可零半径转弯等特点,该类机器人被广泛用于个人交通工具和机器人移动平台。当两轮自平衡机器人快速转向时,由于重心较高,机器人受离心力影响容易侧向倾覆。针对两轮自平衡机器人转向稳定性进行了分析,... 由于两轮自平衡机器人具有占地小、可零半径转弯等特点,该类机器人被广泛用于个人交通工具和机器人移动平台。当两轮自平衡机器人快速转向时,由于重心较高,机器人受离心力影响容易侧向倾覆。针对两轮自平衡机器人转向稳定性进行了分析,在此基础上为传统两轮自平衡机器人增加了摇摆自由度。利用摇摆自由度,机器人可以在转向时主动配置重心位置,进而提高了机器人转向稳定性和安全性。在建立机器人动力学模型基础上,设计了摆动自由度控制器,并通过实验验证了可行性而有效性。 展开更多

关键词 两轮自平衡机器人 转向稳定性 摇摆自由度 动力学控制

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两轮自平衡机器人速度跟踪研究 被引量：3

15

作者 任红格 霍美杰 +1 位作者 李福进 张磊 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2015年第4期325-329,共5页

两轮自平衡机器人系统是一个高阶次,不稳定,非线性,多变量,强耦合的系统。系统采用Lagrange方程进行动力学建模,将神经网络自组织算法应用于此模型,并对两轮机器人的平衡和速度进行控制,其难点是对车体速度和车轮速度的控制。本文采用... 两轮自平衡机器人系统是一个高阶次,不稳定,非线性,多变量,强耦合的系统。系统采用Lagrange方程进行动力学建模,将神经网络自组织算法应用于此模型,并对两轮机器人的平衡和速度进行控制,其难点是对车体速度和车轮速度的控制。本文采用神经网络自组织算法,使输出准确地跟踪输入,使机器人按照指定的移动速度和转动速度运动。将该算法与OBS算法相比较,仿真实验结果表明,自组织算法使系统的跟踪速度更快,具有较高的实用价值。 展开更多

关键词 两轮自平衡机器人 自组织算法 速度跟踪 神经网络

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基于线性二次调节器算法的两轮自平衡机器人最优控制方法 被引量：3

16

作者 徐鑫 刘彬 刘东洋 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第21期8957-8964,共8页

两轮自平衡机器人作为一种多输入多输出系统,虽然已在许多日常使用中得到应用,但大多数研究只关注通过试验实验或使用简易的数学模型来达到平衡。为了研究两轮自平衡机器人完整数学模型建模和运动平衡控制器设计,首先,根据机器人的电机... 两轮自平衡机器人作为一种多输入多输出系统,虽然已在许多日常使用中得到应用,但大多数研究只关注通过试验实验或使用简易的数学模型来达到平衡。为了研究两轮自平衡机器人完整数学模型建模和运动平衡控制器设计,首先,根据机器人的电机模型、车轮模型和摆体模型,推导机器人运动的状态空间模型;其次,分析系统的可控性和可观性,并结合状态估计和反馈控制设计具有状态估计的反馈控制器,同时引入线性二次调节器(linear quadratic regulator,LQR)控制方法以完善控制器在机器人运动中的控制效果。仿真实验结果表明:具有状态估计的反馈控制器和LQR控制方法对于这类自平衡机器人运动平衡控制具有良好的稳定性和鲁棒性。 展开更多

关键词 两轮自平衡机器人 线性二次调节器(LQR) 倒立摆 反馈控制 状态估计 状态空间模型

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双轮自平衡机器人的滑模变结构控制研究 被引量：2

17

作者 马传翔 杨名利 《微计算机信息》 2011年第1期62-63,98,共3页

本文以双轮自平衡机器人为研究对象,根据经典牛顿力学建立了数学模型,针对传统极点配制方法无法克服机器人运动过程中干扰大、参数变化的问题设计了一种滑模变结构控制算法,并做出了相应的控制和仿真,有效的解决了机器人的平衡控制问题... 本文以双轮自平衡机器人为研究对象,根据经典牛顿力学建立了数学模型,针对传统极点配制方法无法克服机器人运动过程中干扰大、参数变化的问题设计了一种滑模变结构控制算法,并做出了相应的控制和仿真,有效的解决了机器人的平衡控制问题。仿真实验分析表明,滑模变结构控制算法使系统的跟踪速度更快、稳定性更高,较有较高的实际应用价值。 展开更多

关键词 两轮自平衡机器人 数学建模 滑模变结构控制

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基于光电传感器的两轮自平衡机器人控制研究 被引量：3

18

作者 李宗帅 王修岩 +2 位作者 赵卉 倪超 李萃芳 《机床与液压》 北大核心 2014年第15期32-35,62,共5页

针对两轮自平衡机器人的平衡控制问题,基于LEGO机器人构建两轮自平衡机器人本体,采用光电传感器作为倾角检测元件,替代传统的倾角传感器和陀螺仪,以降低成本且避免倾角传感器和陀螺仪的温度漂移。给出了该机器人的本体构成,根据Euler-La... 针对两轮自平衡机器人的平衡控制问题,基于LEGO机器人构建两轮自平衡机器人本体,采用光电传感器作为倾角检测元件,替代传统的倾角传感器和陀螺仪,以降低成本且避免倾角传感器和陀螺仪的温度漂移。给出了该机器人的本体构成,根据Euler-Lagrange方法建立系统的数学模型,采用最优控制实现机器人的平衡控制。最后进行物理实验,实现了机器人的自平衡,效果比较好,具备一定的抗干扰能力,证明基于光电传感器的两轮自平衡机器人的控制是合理有效的。 展开更多

关键词 两轮自平衡机器人 光电传感器 平衡控制 Euler-Lagrange方法

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基于改进的D-S证据论数据融合的自平衡机器人平衡性能控制 被引量：2

19

作者 刘智鹏 《自动化与仪器仪表》 2019年第2期128-132,共5页

简要介绍了两轮自平衡机器人的研究前景和研究意义。介绍了两轮自平衡机器人的基本控制原理,针对传统控制方法的明显不足,提出了D-S数据融合方法改进的姿态判别的控制思路并进行实验,在实验过程中对遇到的问题和缺陷加以改进,针对D-S数... 简要介绍了两轮自平衡机器人的研究前景和研究意义。介绍了两轮自平衡机器人的基本控制原理,针对传统控制方法的明显不足,提出了D-S数据融合方法改进的姿态判别的控制思路并进行实验,在实验过程中对遇到的问题和缺陷加以改进,针对D-S数据融合方法在所提供证据指向冲突很大的特殊情况下不能准确判定的问题进行相应改进。最后通过具体实验证明了改进的D-S数据融合姿态判别方法对两轮自平衡机器人平衡性能控制的有效性,并与经典PID控制方法的控制结果进行对比,显示了该改进方法对于两轮自平衡机器人等类似系统在平衡性能和抗干扰性能等方面的优势。 展开更多

关键词 两轮自平衡机器人 D-S证据论 姿态识别 数据融合 平衡性控制

原文传递

云模型控制器在两轮自平衡机器人中的应用 被引量：2

20

作者 徐子为 李众 《自动化仪表》 CAS 2019年第5期70-74,共5页

两轮自平衡机器人控制系统具有高阶次、多变量、非线性且强耦合的特性,因此难以建立精准的数学模型。针对两轮自平衡机器人系统的复杂性,对其平衡控制系统进行了研究,提出了一维云模型控制器的设计方法。运用该方法,成功地实现了两轮自... 两轮自平衡机器人控制系统具有高阶次、多变量、非线性且强耦合的特性,因此难以建立精准的数学模型。针对两轮自平衡机器人系统的复杂性,对其平衡控制系统进行了研究,提出了一维云模型控制器的设计方法。运用该方法,成功地实现了两轮自平衡机器人的平衡控制,并比较了一维云模型控制器在三规则和五规则下对系统性能的影响。试验结果表明:一维云模型控制器在两轮自平衡机器人平衡控制系统中具有良好的控制性能和强抗干扰性,五规则控制器具有更加优越的控制效果。云模型控制器成功应用在两轮自平衡机器人平衡系统中,并在试验样机平台体现了良好的平衡性能,为今后云模型控制器的设计提供参考,也推进了云模型控制器在硬件平台实现的进程。 展开更多

关键词 两轮自平衡机器人 云模型控制器 平衡系统 姿态检测 不确定性 智能控制 非线性系统 映射器 规则推理

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