自抗扰控制在两轮自平衡车中的应用分析

"基于自抗扰控制算法的两轮自平衡车分析" 自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control, ADRC）是一种先进的控制理论，由李泽湘教授提出，旨在解决系统中存在的不确定性及外部干扰问题。在两轮自平衡车的控制中，由于系统参数的不确定性（如车辆质量、摩擦系数等）以及驾驶者行为的影响，控制难度较大。传统的PID控制器可能难以应对这些复杂情况，而ADRC则能通过实时估算并抵消扰动，实现稳定控制。 本文中，研究者设计了一个以加速度计和陀螺仪作为姿态传感器的两轮自平衡车系统，这两种传感器可以实时监测车辆的倾斜角度和旋转速率，提供关键的反馈信息。永磁有刷直流电机作为执行机构，负责调整车轮的转速，进而控制车辆的姿态。考虑到车轮与地面的摩擦力，研究人员利用牛顿力学构建了非线性的系统动态模型，将系统状态空间方程建立起来。 接下来，研究者将系统解耦为平衡和转向两个子系统。平衡控制主要处理车辆保持直立的问题，转向控制则涉及车辆的转弯。ADRC的核心在于估计和抵消系统的总扰动，包括内部不确定性、外部干扰以及驱动器的非线性特性。通过设计合适的控制器，ADRC能够实时计算并补偿这些扰动，从而实现对两轮自平衡车的精确控制。 在Matlab的Simulink环境中，研究者建立了系统模型，并进行了仿真验证，证明了ADRC算法的有效性。此外，他们还搭建了实验平台，在不同路况下进行实际操作测试，进一步确认了自抗扰控制技术在两轮自平衡车控制中的实用性。 该论文通过应用ADRC技术，成功解决了两轮自平衡车控制中的不确定性问题，提高了系统的鲁棒性和适应性。这一成果对于两轮自平衡车的控制设计具有重要的理论价值和实践意义，为后续的智能移动机器人控制提供了新的思路。