两轮自平衡机器人在斜坡上的动力学建模与控制

摘要：

针对两轮自平衡机器人在斜坡上的建模和控制问题，首先采用Lagrange方法建立了斜坡面上的动力学模型，然后对模型的平衡状态进行了分析，得出了平衡时车身倾角和偏航角之间的关系。并将模型在指定的平衡状态下进行线性化，分析了线性模型的能控性，得出系统完全能控的结论。另外，针对斜坡面上车身姿态不能直接测量的问题，找到了一种斜坡面上姿态及斜坡倾角检测的方法。最后在此基础上，设计了LQR控制器，仿真结果表明两轮机器人能在斜坡面上指定偏航角处实现自由平衡，并具有一定的抗干扰能力。

关键词：机器人控制、两轮自平衡机器人、斜坡、Lagrange、LQR

分类号：TP242(自动化技术及设备)

资助基金：国家自然科学基金项目No.61075110；国家“863计划”项目No.2007AA04Z226；北京市教委重点项目No.KZ201210005001；北京市自然科学基金项目No.4102011；高等学校博士学科点专项科研基金资助课题20101103110007

在线出版日期：2014-01-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：50-61