| 【中文题名】 | 两轮不稳定小车的建模与变结构控制研究 |
| 【英文题名】 | The Study on the Modeling and the Variable Structure Control for a Two-wheeled Unstable Vehicle |
| 【学科专业】 | 控制理论与控制工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-4-27 |
| 【中关键词】 | 两轮不稳定小车,动力学建模,变结构控制,计算机仿真,, |
| 【英关键词】 | two-wheeled unstable vehicle,dynamic model,variable structure control,computer simulation, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>机器人技术>机器人> |
| 【论文摘要】 |
两轮不稳定小车作为一种本质不稳定轮式移动机器人,具有多变量、非线性、强耦合、时变、参数不确定性等特性,加上运动学方程中的非完整性约束,使传统控制理论的应用遇到极大困难,因此研究两轮不稳定小车就有十分重要的意义。
本文首先介绍了国内外两轮移动机器人的发展现状,基于此现状提出了我们的两轮不稳定小车的软硬件设计方案,并完成了硬件平台的子系统实验。其次进行了系统的运动学和动力学建模,得出系统的非线性状态方程和线性状态方程。然后基于此模型的线性状态方程进行了系统能控性能观性、稳定性和奇异值分析,并设计了极点配置控制器和三种变结构控制器:等速趋近律设计的控制器、指数趋近律设计的控制器、准滑动模态设计的控制器。
最后借助MATLAB仿真,在有外扰和参数摄动情况下,通过线性状态方程下的极点配置控制器和三种变结构控制器的比较,证实了变结构控制器设计的有效性和合理性。 |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
4-5 |
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Abstract |
5-8 |
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第一章 绪论 |
8-14 |
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1.1 两轮不稳定小车的研究意义 |
8 |
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1.2 两轮不稳定小车的发展历程及研究现状 |
8-13 |
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1.2.1 发展历程 |
8-9 |
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1.2.2 研究方向 |
9-11 |
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1.2.3 研究现状 |
11-13 |
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1.3 本文研究内容及安排 |
13-14 |
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第二章 两轮不稳定小车的硬件构成 |
14-22 |
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2.1 两轮不稳定小车体系结构的构建 |
14-16 |
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2.2 两轮不稳定小车的总体结构 |
16-17 |
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2.3 两轮不稳定小车的平面模型 |
17-18 |
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2.4 两轮不稳定小车的驱动及传感器单元 |
18-20 |
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2.4.1 驱动单元 |
18-20 |
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2.4.2 传感器单元 |
20 |
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2.5 计算机控制单元 |
20-22 |
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第三章 两轮不稳定小车的建模 |
22-34 |
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3.1 运动学建模 |
23-24 |
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3.2 电机建模 |
24-25 |
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3.3 动力学建模 |
25-32 |
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3.3.1 系统动力学方程 |
26-29 |
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3.3.2 系统的线性化模型 |
29-32 |
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3.3.3 系统状态方程 |
32 |
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3.4 本章小结 |
32-34 |
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第四章 两轮不稳定小车分析 |
34-44 |
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4.1 系统性能分析 |
34-38 |
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4.1.1 能控性分析 |
34-35 |
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4.1.2 能观性分析 |
35 |
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4.1.3 奇异值的分析 |
35-36 |
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4.1.4 系统稳定性分析 |
36-38 |
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4.2 极点配置 |
38-42 |
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4.2.1 极点配置控制器设计 |
38-40 |
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4.2.2 全维观测器设计 |
40-42 |
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4.3 本章小结 |
42-44 |
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第五章 两轮不稳定小车变结构控制研究 |
44-70 |
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5.1 滑模变结构理论概要 |
44-56 |
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5.1.1 滑模变结构控制简介 |
44-47 |
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5.1.2 滑模变结构控制系统的品质 |
47-48 |
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5.1.3 变结构系统的数学模型 |
48-49 |
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5.1.4 变结构的切换函数设计 |
49-55 |
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5.1.5 滑模控制设计中存在的问题 |
55-56 |
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5.2 基于变结构理论的不稳定小车系统控制器设计 |
56-61 |
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5.2.1 基于等速趋近律变结构控制器设计 |
58-59 |
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5.2.2 指数趋近律对等速趋近律设计的变结构控制器的改进 |
59-60 |
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5.2.3 准滑动模态对指数趋近律设计的控制器的改进 |
60-61 |
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5.3 系统仿真比较与验证 |
61-69 |
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5.3.1 极点配置和变结构控制 |
62-64 |
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5.3.2 外部扰动对极点配置和变结构控制的影响 |
64-66 |
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5.3.3 变参数对极点配置和变结构控制的影响 |
66-69 |
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5.4 本章小结 |
69-70 |
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结论与展望 |
70-72 |
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致谢 |
72-74 |
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参考文献 |
74-78 |
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研究成果 |
78-80 |
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附录 |
80-82 |
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附录 A 二维平面小车主程序流程图 |
80-81 |
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附录 B 两轮不稳定小车的硬件 |
81-82 |
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附录 C DSP 实现两轮小车的控制结构图 |
82 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.382683 |
