二轮自平衡机器人姿态控制系统仿真研究

摘要

在机器人姿态控制的优化中,二轮自平衡机器人是强非线性的非稳系统,受到扰动后需要有效的姿态矫正算法使其在短时间内、小超调量地恢复平衡,使机器人在受扰动工况下稳定运行.为获得理想的控制器,首先分析机器人平台,对机构简化并进行动力学分析获得状态方程,利用Maple设计整定控制器并在MapleSim中进行动力学仿真,验证PID及LQR算法的控制效果.实际机器人平台中采用PID控制策略,辅助以电流环及速度环控制,得到角度姿态随时间变化的曲线.在实际实验中能够获得与仿真相似的运动曲线,并对二轮自平衡机器人实现稳定控制.仿真结果表明,PID及LQR算法能够很好满足平衡机器人需求,且有一定抗干扰能力,为机器人控制系统优化提供了科学依据.