平衡车机电控制系统建模与仿真.pdf

《平衡车机电控制系统建模与仿真.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、平衡车机电控制系统建模与仿真孙军，万明伦，吕博，王玉玲(沈阳建筑大学交通与机械工程学院，辽宁沈阳110168)ModelingandSimulationofMechano——electronicControlSystemforSelf——balanceVehicleSUNJun，WANMing—lun．LVBo，WANGYu—ling(SchoolofTrafficandMechanicalEngineering，ShenyangJianzhuUniversity，Shenyang110168，China)摘要：构建平衡车机电控制系

2、统，研究机电控制Keywords：self—balancevehicle；mathematical系统的建模与仿真设计方法。在建立系统结构模型modeling；statefeedback；LabVIEW的基础上，应用拉格朗日(Lagrange)方法建立系统动力学方程和数学模型；在LabVIEW及其控制与0引言仿真工具包开发环境下，依据系统的数学模型，设计状态反馈控制器。当施加0．22rad扰动时，平衡车平衡车是动力学理论和自动控制理论与技术相位置、速度、倾斜角度、角速度都在3．5S左右回到结合的研究项目，平衡车控制系统是一个复杂的、

3、不了平衡状态，这表明，系统建立的模型是合理可靠稳定的、非线性系统，平衡车的控制就是使平衡车尽的，所设计的状态反馈控制器得到了较好的控制效快地达到一个平衡位置，并且使之没有大的振荡和果。过大的角度和速度；当平衡车到达期望的位置后，系关键词：平衡车；数学建模；状态反馈；Lab—统能克服随机扰动而保持稳定的位置口]。在此通VIEW过对平衡车机电系统的力学分析，建立数学模型，推中图分类号：TP273．5导出系统的状态方程。在极点配置的基础上，利用文献标识码：A状态反馈算法对系统进行控制。通过LabVIEW及文章编号：1001—2257(20

4、10)10—0034—04其控制与仿真工具包进行仿真设计，根据仿真曲线Abstract：Thispaperconstructionsthemecha—进行分析，检验控制算法的控制效果。通过对平衡no——electroniccontrolsystemfortheself——balance车机电控制系统的数学建模研究，为实验样机提供vehicle，andstudiesthemodelingandsimulation合理可靠的参考数据；通过仿真设计，可缩短样机开designmethods．Baseonthesystemstructurem

5、od—发时间，提高开发效率。el，weusedlagrangemethodtOestablishmentthe系统构成systemkineticequationsandmathematicalmodels．InthedevelopmentenvironmentofLabVIEWand1．1机械结构itscontroldesignandsimulationmodule，according平衡车机械外型结构如图1所示。它是一个两轮同轴，左右平行布置结构，两轮分别驱动，车身中tOthesystemmathematicalmodel，wed

6、esignthe心位于车轮轴上方，通过控制两轮的转速差实现直statefeedbackcontroller．Asaresult，whenadding倾角传感器adisturbanceof0．22radian，theposition，theve—locity，thetiltangleandtheangularvelocityoftheself——balancevehiclallreturntOtheequilibriumstatewithin3．5seconds．Itshowsthatthemodelisreasonable，andt

7、hestatefeedbackcontrollerhaveawellperformance．控制器收稿日期：2010—05—25基金项目：辽宁省自然科学基金资助项目(20092056)图1系统结构·34·《机械与电子32010(10)行和定半径转弯。简化中在P点。由图3可以看出，该系统具有3个平衡车硬件部分主要为机械系统和控制系统。自由度：绕y轴的转动，转角和角速度cU；沿X机械系统包括车轮、车身上支架、下平台和连杆等，轴的直线运动，位移z和移动速度；绕z轴的负责承载硬件电路，搭建工作平台；控制系统包括直转动，转角和角速度目。以上6

8、个状态变量完全流电机、驱动器、姿态传感器、电池和控制器等。描述了该三自由度系统的动态特性。系统的平衡靠1．2系统工作原理电动机施加在左右轮轴上的驱动力矩TL和T控平衡车基本工作原理如图2所示。2个直流电制，系统的输入变量为和T，输出变