基于线性二次调节器算法的两轮自平衡机器人最优控制方法

摘要：

两轮自平衡机器人作为一种多输入多输出系统,虽然已在许多日常使用中得到应用,但大多数研究只关注通过试验实验或使用简易的数学模型来达到平衡.为了研究两轮自平衡机器人完整数学模型建模和运动平衡控制器设计,首先,根据机器人的电机模型、车轮模型和摆体模型,推导机器人运动的状态空间模型;其次,分析系统的可控性和可观性,并结合状态估计和反馈控制设计具有状态估计的反馈控制器,同时引入线性二次调节器(linear quadratic regulator,LQR)控制方法以完善控制器在机器人运动中的控制效果.仿真实验结果表明:具有状态估计的反馈控制器和LQR控制方法对于这类自平衡机器人运动平衡控制具有良好的稳定性和鲁棒性.

关键词：两轮自平衡机器人;线性二次调节器(LQR);倒立摆;反馈控制;状态估计;状态空间模型

所属期刊栏目：21

分类号：TP242(自动化技术及设备)

资助基金：国家自然科学基金;国家重点研发计划;陕西省科技厅重点研发计划;陕西省科技厅重点研发计划

在线出版日期：2022-01-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：8957-8964