两轮机器人自平衡行走控制系统设计

摘要

两轮机器人是一个多变量、高阶次、强耦合的非线性系统.提出了一种新颖的双回路PID控制方法,实现两轮机器人控制,并完成该控制系统的硬软件设计.采用了卡尔曼滤波的方法将陀螺仪和加速度计的信息进行数据融合,得到机器人的实时倾角信号.采用编码器实时检测机器人速度.双回路PID控制器采用正负反馈结合的控制方法,将机器人倾角负反馈和速度正反馈控制量叠加在一起,控制电机的转动,使两轮机器人平衡稳定地行走.实验证明双回路PID控制方法能使两轮机器人按照期望的速度平稳行走,能够实现速度及倾角这两个耦合变量的控制,而且具有较强的抗干扰能力.该控制方法还具备了传统PID控制器不依赖精确模型、实现简单、参数整定方便、鲁棒性强等优点.