一种基于无人自行车的切换PID控制方法、系统及仿真方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于无人自行车的切换PID控制方法、系统及仿真方法。本发明专利技术方法，包括构建无人自行车的动力学模型，获取无人自行车车体的倾斜角和倾斜角速度；对获取的倾斜角和倾斜角速度数据进行处理，生成相应的控制指令；基于对应的控制指令，使车体倾斜角速度为零；基于对应的控制指令，使车体倾斜角恢复为零，实现平衡姿态。本发明专利技术通过两个PID控制器的切换来实现无人自行车的平衡控制。本发明专利技术还进行了仿真和样机实验，仿真和样机实验结果表明了本发明专利技术方法的有效性和工程实用性，能够为无人自行车自平衡控制的工程实现提供参考，同时，本发明专利技术方法还能够通过改进控制器的切换规则，提高无人自行车控制系统的快速性。提高无人自行车控制系统的快速性。提高无人自行车控制系统的快速性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人自行车的切换PID控制方法、系统及仿真方法


[0001]本专利技术涉及无人驾驶
，具体而言，尤其涉及一种基于无人自行车的切换PID控制方法、系统及仿真方法。

技术介绍

[0002]无人自行车作为一种无人驾驶的双轮智能交通工具，具有运动灵活、能源利用率高、绿色环保等特点，使得其在安保巡逻、躲避交通拥堵等领域具有独特的优势和应用前景引起众多学者的广泛关注。由于自行车两点接地，其接地点移动轨迹构成的多边形比四轮车小的多，两轮车被认为更合适在一个有许多障碍的地区行动。
[0003]常规自行车的车把和后轮是有直接驱动的，而车身侧向只有驾驶者通过调整自身姿态产生较为有限的间接驱动，在重力环境下，自行车侧向是不稳定的，极易倾倒。自行车稳定性的研究吸引了许多物理学家、力学家乃至数学家参与讨论。1897年，法兰西科学院还为此特别设立了一个奖项。于2011年发表于Science杂志的一项研究则表明，自行车能保持稳定的原因至今都还没有完全清楚。研究指出自行车的稳定可能是陀螺效应、脚轮效应和车体重量分布等因素的微妙耦合的结果保持自行车侧向倾斜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无人自行车的切换PID控制方法，其特征在于，包括：构建无人自行车的动力学模型，获取无人自行车车体的倾斜角和倾斜角速度；对获取的倾斜角和倾斜角速度数据进行处理，生成相应的控制指令；基于对应的控制指令，使车体倾斜角速度为零；基于对应的控制指令，使车体倾斜角恢复为零，实现平衡姿态。2.根据权利要求1所述的基于无人自行车的切换PID控制方法，其特征在于，所述构建无人自行车的动力学模型，获取无人自行车车体的倾斜角和倾斜角速度，具体包括：采用无人自行车的前轮摆角产生的扭转力矩来维持受到扰动后自行车车体的平衡；构建无人自行车前轮的动能表达式，如下：上式中，m
q
表示自行车前轮质量，V
q
表示前轮质心随车把转动轴线转动的速度，J1表示车把转动带动前轮旋转的转动惯量，α表示车把向车体倾倒的方向转动角度，J2表示车体倾斜使前轮侧向倾倒的转动惯量，β表示车体受到扰动后偏离铅直方向的角度，J3表示前轮向前滚动的转动惯量，r
q
表示前轮半径，V0表示前轮绕质心向前滚动的前进速度；基于第2类拉格朗日方程：上式中，L＝T
‑
V，M为施加力矩，使车把相对车体产生相应的转角；令无人自行车的状态变量为x1＝α，x2＝α，x3＝β，x4＝β，控制量u＝M，则可得无人自行车的动力学模型如下：输出方程：y＝β＝x3。3.根据权利要求1所述的基于无人自行车的切换PID控制方法，其特征在于，所述对获取的倾斜角和倾斜角速度数据进行处理，生成相应的控制指令，具体包括：
采用滤波...

【专利技术属性】
技术研发人员：范颖芳，董汶龙，于子明，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：