基于IMU/UWB的两轮自平衡车轨迹跟踪控制器设计与实现

摘要：

两轮自平衡车的精确轨迹跟踪技术是实现其自主运动控制的基础.为此,采用拉格朗日法建立两轮自平衡车的动力学模型,并据此提出基于非奇异终端滑模(NTSM)和线性二次型调节器(LQR)的两轮自平衡车轨迹跟踪控制器.在Matlab/Simulink环境下,对所设计的轨迹跟踪控制器进行性能仿真,结果显示,两轮自平衡车能够精确跟踪所给定的参考轨迹,初步表明了所提出轨迹跟踪控制器的有效性.在此基础上,使用STM32F103C8T6单片机,并结合惯性测量组件(IMU)和超宽带(UWB)定位技术对所设计的轨迹跟踪控制器进行硬件实现.实验结果表明,两轮自平衡车能够对给定的参考轨迹进行良好跟踪,横坐标偏差小于0.2 m,纵坐标偏差小于0.2 m,转向角偏差小于0.07 rad,车身倾角除了初始时的波动外均小于0.05 rad.

关键词：两轮自平衡车、自主运动控制、轨迹跟踪、非奇异终端滑模、线性二次型调节器、IMU/UWB

所属期刊栏目：34

分类号：TP273(自动化技术及设备)

资助基金：国家自然科学基金项目61573078, 61873047;辽宁省自然科学基金项目20170540171

在线出版日期：2019-12-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：2635-2641