自平衡两轮电动车控制策略与模糊控制器研究

"自平衡式两轮电动车控制策略研究，姚文昊，张晓华，中国科技论文在线，欠驱动系统运动控制，拉格朗日方程，模糊控制" 自平衡式两轮电动车，如Segway或hoverboard，是一种极具挑战性的控制系统，因为它涉及到非线性、强耦合和欠驱动的特性，这使得保持稳定运行变得非常复杂。这种类型的电动车是一个自不稳定系统，意味着如果没有适当的控制策略，它会自然地失去平衡。因此，对这类系统的平衡控制问题的研究不仅具有理论上的重要性，也对实际应用中的安全性与效率有着直接影响。 在解决这个问题的过程中，研究人员姚文昊和张晓华采用了拉格朗日分析力学来推导系统动力学方程。拉格朗日方程是一种描述物理系统动态行为的数学工具，它考虑了系统的动能和势能，帮助构建了系统的完整模型。通过这种方法，他们能够得到两轮电动车在直线行驶状态下的精确模型，进一步简化为线性化模型。线性化对于控制器设计尤其重要，因为线性系统更容易理解和处理。 基于这个线性模型，他们设计了一个双闭环模糊控制器，分别针对车身倾角和车轮转速进行控制。模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制策略，可以处理不确定性和非线性问题，对于自平衡式电动车这种复杂的控制环境特别适用。模糊控制器的设计考虑了各种可能的工况，以确保在不同情况下都能有效地维持车辆的平衡。 为了验证控制器的有效性和鲁棒性，即控制器在面对系统参数变化或干扰时的稳定性，研究者在MATLAB环境下进行了仿真实验。仿真结果证实了所设计的控制器能够成功地保持电动车的平衡，且具备良好的适应性和抗干扰能力。 最后，该研究将控制器应用到独立设计的实物系统上，进行了实际操作的验证实验。实验结果表明，即使在真实世界的复杂环境中，该模糊控制器也能保持其有效性，确保两轮电动车的稳定运行。 总结起来，这篇论文深入探讨了自平衡式两轮电动车的控制策略，通过拉格朗日方程建立精确模型，设计了模糊控制器，并通过仿真和实物实验验证了控制器的性能。这项工作对于推动电动车技术的发展，尤其是欠驱动系统的运动控制理论，具有重要的理论贡献和实践价值。