两轮自平衡机器人自适应控制算法的研究-机械电子工程专业毕业论文.docx

ClassifiedIndex:.:-WHEELEDSELF-BALANCEDROBOTCandidate: LiTianSupervisor: : MasterofEngineeringSpecialty: MechatronicsEngineeringAffiliation: SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence: July,2007University: HarbinInstituteofTechnology摘 要两轮自平衡机器人作为一种本征不稳定轮式移动机器人,具有多变量、非线性、强耦合、时变、参数不确定性等特点,这使得它成为验证各种控制算法的理想平台,具有十分重要的理论意义。同时它运动灵活、结构简单、成本低,适于在狭小和危险的空间工作,有着广泛的应用前景。研究了两轮自平衡机器人模型参考自适应控制器设计的相关问题,为最终实现机器人的完全自主移动打下基础。通过分析两轮自平衡机器人的运动规律,得到了机器人动能、势能和耗散能的数学模型,并根据Lagrange方程建立了机器人的动力学模型,为控制器设计提供了理论依据。通过研究模型参考自适应控制原理和最小二乘法参数辨识原理,设计了基于Diophantine方程的模型匹配系统和最小二乘参数递推参数辨识算法。并将模型匹配系统和最小二乘参数递推参数辨识算法结合设计了基于Diophantine方程的模型参考自适应控制控制器。实现了对两轮自平衡机器人倾角、前进速度和转向角度的跟踪控制。利用MATLAB对自适应控制器进行仿真,并将仿真结果与传统控制器的仿真结果进行比较,验证了自适应控制器在抗干扰性和调整时间上的优势。最后进行平衡控制、抗干扰性、速度跟踪实验,分析实验数据,验证了仿真结果,证明了自适应控制器的有效性。关键词 两轮自平衡机器人;系统建模;最小二乘法参数辨识;模型参考自适应控制AbstractAsakindofinstablewheeledmobilerobot,two-wheeledself-balancedrobothasmulti-variable,non-linear,strongcoupling,time-varyingandparameteruncertaintycharacteristicswhichmakeittobeanimagineplatformtocertificatemanykindsofcontrolalgorithm,-wheeledself-balancedrobothasflexiblemovement,simplestructure,anditislowcost,suitableforsmallanddangerousspace,-relatedissuesoftwo-wheeledself-balancedrobot,,wegotrobot’icenergy,-wheeledself-balancedrobot’sdynamicmodelhadbeenestablishedbyusingLagrangeequation,,themodel--