一种两轮自平衡机器人自适应滑模变结构控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种两轮自平衡机器人自适应滑模变结构控制系统，根据经典力学分析法和基于能量分析的Lagrange算法建模如下两轮自平衡机器人的动力学方程并根据该动力学方程设计出滑模变结构控制器；滑模变结构控制器包括速度滑模变结构控制器和角度滑模变结构控制器，速度滑模变结构控制器和角度滑模变结构控制器相互反馈，其反馈方程为：θr＝βV；采用基于函数逼近方式对系统进行自适应控制。采用本发明专利技术的技术方案，使建模过程更加精简且全面、增强系统的鲁棒性、提高系统的响应速度；同时由于系统的速度和角度存在相互反馈关系，当系统的倾角过大时，系统会自动降速，速度降低的同时，会自动回到平衡位置，在面对不同路面条件的情况下，系统能够自适应外部环境以及大范围负载的变化，从而保证系统的安全与稳定。

Adaptive sliding mode variable structure control system for two wheeled self balancing robot

The invention discloses a two wheeled self balancing robot adaptive sliding mode variable structure control system, according to classical mechanics analysis and Lagrange modeling algorithm based on energy analysis following dynamic equations of two wheeled self balancing robot based on the dynamics equation of design sliding mode variable structure controller; sliding mode variable structure controller including the speed and angle of sliding mode variable structure controller a variable structure controller, the speed of the sliding mode variable structure controller and the angle of the sliding mode variable structure controller mutual feedback, the feedback equation: r = theta beta V; the function approximation method based on the adaptive control system. The technical scheme of the invention, the modeling process is more concise and comprehensive, enhance the system's robustness and improve the response speed of the system; at the same time because the system speed and angle of mutual feedback relationship, when the angle is too large, the system will automatically slow down, speed is reduced at the same time, will automatically return to the balance position and in the face of different road conditions, the system can adapt the changes of external environment and a wide range of load, so as to ensure the safety and stability of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种两轮自平衡机器人自适应滑模变结构控制系统本申请为申请号为2015105060910的专利申请的分案申请，母案的申请日为2015年8月17日，专利技术名称为：一种两轮自平衡机器人自适应滑模变结构控制方法及系统。
本专利技术涉及机器人控制领域，尤其涉及一种两轮自平衡机器人自适应滑模变结构控制系统。
技术介绍
近年来，随着移动机器人研究不断深入、应用领域更加广泛，所面临的环境和任务也越来越复杂。机器人经常会遇到一些比较狭窄，而且有很多大转角的工作场合，如何在这样比较复杂的环境中灵活快捷的执行任务，成为人们颇为关心的一个问题。两轮自平衡机器人概念就是在这样的背景下提出来的。两轮自平衡机器人技术是一种横跨多个学科的综合技术，其系统模型是一个相当复杂的非线性不稳定的动力学模型，并且两轮自平衡机器人系统结构特殊，适应地形变化能力强，运动灵活，可以胜任一些比较复杂环境里的工作，所以在控制理论和工程领域中备受关注，与它相关的理论知识包括:①物理体系结构的分析；②运动学分析与动力学模型的构建，包括动力学特性和欠驱动的分析；③模拟和仿真分析；④姿态检测技术和空间定位技术，包括克服惯性传感器的零点或温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两轮自平衡机器人自适应滑模变结构控制系统，其特征在于，包括电源模块、陀螺仪、加速度计、转向电位器、控制单元、第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、第一电机、第二电机、第一编码器以及第二编码器，其中，所述电源模块用于系统供电；所述陀螺仪用于检测自平衡机器人车体偏角信息，并将该信息发送给所述控制单元；所述加速度计用于检测自平衡机器人的加速度信息，并将该信息发送给所述控制单元；所述转向电位器用于检测自平衡机器人的转向信息，并将该信息发送给所述控制单元；所述第一编码器和所述第二编码器用于检测自平衡机器人的速度信息，并将该信息发送给所述控制单元；所述控制单元根据所述偏角信息、加速度信息、转向信息和速度...

【技术特征摘要】
1.一种两轮自平衡机器人自适应滑模变结构控制系统，其特征在于，包括电源模块、陀螺仪、加速度计、转向电位器、控制单元、第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、第一电机、第二电机、第一编码器以及第二编码器，其中，所述电源模块用于系统供电；所述陀螺仪用于检测自平衡机器人车体偏角信息，并将该信息发送给所述控制单元；所述加速度计用于检测自平衡机器人的加速度信息，并将该信息发送给所述控制单元；所述转向电位器用于检测自平衡机器人的转向信息，并将该信息发送给所述控制单元；所述第一编码器和所述第二编码器用于检测自平衡机器人的速度信息，并将该信息发送给所述控制单元；所述控制单元根据所述偏角信息、加速度信息、转向信息和速度信息计算出输出控制信号，并发送给所述第一电机驱动模块和所述第二电机驱动模块；所述第一电机驱动模块和所述第二电机驱动模块输出PWM驱动信号使所述第一电机和所述第二电机转动；所述控制单元包括卡尔曼数据融合模块、速度滑模变结构控制器和角度滑模变结构控制器，其中，所述卡尔曼数据融合模块用于将所述偏角信息和所述加速度信息进行数据融合，并将融合信息发送给所述角度滑模变结构控制器；所述角度滑模变结构控制器根据所述卡尔曼数据融合模块输出的融合信息和所述速度滑模变结构控制器的反馈信息输出控制信号；所述反馈信息由以下反馈方程确定：θr＝βV，其中，θr为速度滑模变结构控制器反馈给角度滑模变结构控制器的反馈信息，V为当前速度，β为常量，其值的范围值-0.15至0.15之间；所述角度滑模变结构控制器的输出控制信号由以下输出方程确定：其中ΔT为采样时间，Y＝βb2，Z＝b1-βc2b2，为自适应项；s2为角度滑模变量，ε2为系统角度误差常数项，λ2为速度实常数项，sat(s2)为斜坡函数，eθ为角度误差，为车体偏角的一阶导数，为角度误差的一阶导数；所述速度滑模变结构控制器根据所述速度信息和所述角度滑模变结构控制器的输出控制信号，输出所述反馈信息，其输出量U由以下方程决定其中，s1为速度滑模变量，Vr为参考速度，为参考速度的一阶导数，ev为速度误差，ε1为系统速度误差常数，λ1为角度实常数项。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈龙，张志辉，满志红，吴龙飞，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33