两轮自平衡机器人模糊PD控制方法研究

"本文主要研究了两轮自平衡机器人的控制方法，特别是模糊PD控制的应用。作者通过介绍自平衡机器人的工作原理、硬件结构和动力学建模，为后续的控制策略奠定了基础。文章深入探讨了如何运用LQR最优控制理论进行系统控制，并通过Simulink进行仿真，优化Q、R矩阵。接着，提出了模糊PD控制的设计，结合PID控制对机器人的倾斜角度和角速度进行精确调整。文中还提到了模糊控制器中量化因子和比例因子的估算方法，并实现了在线参数整定。此外，建立了实时控制系统平台，实现了对两轮自平衡机器人的有效控制。该研究由哈尔滨理工大学的张万英在导师武俊峰的指导下完成，于2012年3月答辩并通过。" 在本文中，作者首先介绍了两轮自平衡机器人的基本构造，包括电源模块、控制单元、驱动单元和姿态检测传感器，解析了其自平衡原理。接着，通过牛顿力学建立非线性动力学模型，并使用泰勒级数进行线性化处理，进一步将系统解耦为两个子系统。然后，作者应用LQR最优控制方法，进行仿真以确定最佳控制参数。 核心内容在于模糊PD控制方法的研究。模糊控制器结合了PID控制的优点，以机器人的位移和速度作为输入，控制倾斜角度和角速度。作者提出了一种估算模糊控制器量化因子和比例因子的方法，并根据PID参数整定规则进行了在线调整。模糊PD控制策略通过Simulink模型与LQR控制进行对比，结果显示模糊PD控制具有更好的性能。 最后，作者设计了一个实时控制系统平台，对两轮自平衡机器人进行了大量参数调试，成功实现了对机器人的稳定控制，达到预期目标。这一研究不仅丰富了自平衡机器人的控制理论，也为实际应用提供了参考方案。