1、本文格式為Word版，下載可任意編輯 自平衡控制系統(tǒng)的研究 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 博士學(xué)位論文 自平衡操縱系統(tǒng)的研究 姓名：屠運(yùn)武 申請學(xué)位級別：博士 專業(yè)：模式識別與智能系統(tǒng)指導(dǎo)教師：張培仁 20220401 摘要 自平衡操縱系統(tǒng)的主要特征就是以系統(tǒng)在垂直方向上的角度或水平方向上的位移為操縱對象使其操縱在一定的范圍內(nèi)。在實(shí)際中所見到的重心在上、支點(diǎn)在下的操縱系統(tǒng)就是一個(gè)自平衡操縱系統(tǒng)。本論文提出的自平衡操縱系統(tǒng)具有以下主要特點(diǎn)：與傳統(tǒng)的自平衡系統(tǒng)相比，負(fù)載狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)是變化；負(fù)載本身具有生理上的平衡調(diào)理功能：系統(tǒng)不但要保持靜態(tài)平衡而且要在運(yùn)動(dòng)中保持動(dòng)態(tài)平衡。這些特點(diǎn)決定了系統(tǒng)操縱的繁雜性。系統(tǒng)

2、穩(wěn)定性的解決需要綜合考慮各種操縱理論和操縱方法，特別是先進(jìn)操縱理論的應(yīng)用。本文的研究成果，將為繁雜的非線性、不確定性系統(tǒng)的穩(wěn)定性操縱提供一個(gè)技術(shù)支持平臺，同時(shí)對于兩足行走機(jī)器人、火箭垂直度等自平衡操縱系統(tǒng)的研究具有重要的參考作用。 本文的主要研究內(nèi)容包括：系統(tǒng)力學(xué)分析與建模、操縱理論與應(yīng)用、操縱技術(shù)與實(shí)現(xiàn)。 、建立系統(tǒng)空間坐標(biāo)系，應(yīng)用動(dòng)力學(xué)理論對自平衡小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、受力狀況進(jìn)行分析，結(jié)果得到系統(tǒng)模型，為操縱理論和操縱方法的研究奠定基礎(chǔ)。 、在平衡點(diǎn)附近，對系統(tǒng)模型的分析和系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算證明系統(tǒng)是可控的，應(yīng)用線性操縱理論對系統(tǒng)加以操縱，通過系統(tǒng)仿真得到一組狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出狀態(tài)反饋操

3、縱器。 、為了在大范圍內(nèi)對系統(tǒng)進(jìn)行操縱，采用雙回路模糊操縱器，試驗(yàn)結(jié)果證明這種操縱方法比傳統(tǒng)的以誤差和誤差變化率為輸入的二維模糊操縱器更能反映自平衡系統(tǒng)的操縱特點(diǎn)。應(yīng)用參數(shù)模糊自整定操縱器解決自平衡系統(tǒng)存在不確定性和非線性問題，通過對參數(shù)的自整定，當(dāng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化時(shí)能自動(dòng)跟蹤改變，使得操縱方法具有智能性，試驗(yàn)結(jié)果證明其有效性和合理性。 、對于所研究的操縱方法，以系統(tǒng)輸出誤差目標(biāo)函數(shù)為依據(jù)，計(jì)算和調(diào)整動(dòng)態(tài)加權(quán)系數(shù)，作用于操縱器的輸出，最大限度地發(fā)揮它們的操縱特點(diǎn)，結(jié)果完成對自平衡系統(tǒng)的有效和穩(wěn)定的操縱。 、設(shè)計(jì)一個(gè)高效合理的電路對于操縱系統(tǒng)來說顯得尤為重要。在自平衡小車的硬件中，設(shè)計(jì)了部分獨(dú)特的操縱電路，為系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。本文還分別用、和語言編寫了三種軟件，這些軟件的良好運(yùn)行為完成對自平衡小車的操縱提供了必不可少的分析和研究手段。 論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有： 、在國內(nèi)首先完成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的自平衡代步車的設(shè)計(jì)和制作，并獲得了實(shí)用新型專利授權(quán)。 、根據(jù)自平衡操縱系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了相對和十足自平衡系統(tǒng)的概念以及它們的數(shù)學(xué)定義。 、提出了帶有狀態(tài)反饋的雙回路模糊操縱器及自適應(yīng)修正因子的計(jì)算方法，試驗(yàn)結(jié)果證明這種操縱方法比傳統(tǒng)二維模糊操縱器更能反映自平衡系統(tǒng)的操縱特點(diǎn)。 、本文提出了操縱方法適應(yīng)因子、輸出誤差目標(biāo)函數(shù)以及