独轮自平衡电动车：建模、平衡控制与实验研究

“独轮自平衡电动车的建模与平衡控制.pdf” 这篇研究论文详细探讨了独轮自平衡电动车的设计、建模与控制策略。独轮自平衡电动车是一种创新的个人交通工具，它以其环保、便携的特性受到广泛关注。在论文中，作者阮晓钢和马圣策首先介绍了他们设计并构建的独轮车物理系统，这个系统能够实现前后方向的自平衡。 建模部分，作者运用拉格朗日力学方法，这是一种在物理学和工程学中广泛使用的动态系统建模技术。通过这种方法，他们建立了一个包含驾驶者与独轮车的整体动力学模型。动力学模型的建立是理解系统行为和设计控制策略的基础，它能帮助分析系统在各种情况下的稳定性。 论文接下来的重点是平衡控制的设计。这里，作者选择了PD（比例-微分）控制策略，这是一种常见的反馈控制系统，可以有效改善系统的响应速度和稳定性。PD控制器包括比例项（P）来即时响应误差，以及微分项（D）来减少系统对扰动的延迟响应。在实际实验中，作者对独轮车系统进行了自由平衡、脉冲干扰和阶跃干扰的测试，以验证控制策略的效果。 实验结果显示，独轮自平衡电动车系统在面对不同的干扰时展现出良好的鲁棒性，即对不确定性和外部干扰具有较强的抵抗能力。这证实了所提出的PD控制方案的合理性和有效性。同时，这些实验也证明了拉格朗日模型在描述和预测系统动态行为方面的准确性。 关键词：独轮自平衡电动车，平衡控制，动力学建模，PD控制。这些关键词突出了研究的核心内容，涵盖了从车辆的物理建模到控制策略设计的全过程，以及这些过程在实际应用中的验证。 论文的贡献在于提供了一种有效的控制策略和模型，对于独轮自平衡电动车的稳定行驶和性能优化有着重要的理论指导意义。同时，这项研究也为其他类似的动态平衡系统的控制设计提供了参考和借鉴。