【摘要】：自行車作為最普遍的交通工具,具有輕便、靈活、環(huán)保等其他交通工具不可替代的優(yōu)點(diǎn),深受人們的喜愛。即使是汽車已經(jīng)非常普及的今天,自行車依然是人們短途出行的首選交通方式。無人駕駛自行車是自行車與智能控制的有機(jī)結(jié)合,既有自行車的靈活便捷性,又有控制系統(tǒng)的智能性。在惡劣的環(huán)境下無人駕駛自行車能夠代替人們進(jìn)行一些運(yùn)輸工作、野外探險(xiǎn)工作等,具有廣泛的應(yīng)用前景。同時(shí),自行車作為一個(gè)典型的時(shí)變、不穩(wěn)定、非線性系統(tǒng),其力學(xué)特性與運(yùn)動(dòng)特性始終受到各國學(xué)者的關(guān)注。自行車運(yùn)動(dòng)特性以及平衡控制方案的探索,對(duì)欠驅(qū)動(dòng)非線性系統(tǒng)的研究具有重要意義。本文利用動(dòng)力學(xué)建模、穩(wěn)定性分析、控制器設(shè)計(jì)、仿真等方法,對(duì)前向行駛的無人自行車平衡控制問題進(jìn)行了研究。(1)分別設(shè)計(jì)了平衡板、雙連桿兩種自行車平衡配重調(diào)節(jié)器,將配重調(diào)節(jié)器與自行車作為一個(gè)整體,使用了拉格朗日方程法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)建模,分別對(duì)其無源性進(jìn)行了簡要分析,并使用仿真軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了簡單的反饋控制仿真,其結(jié)果驗(yàn)證了配重調(diào)節(jié)方案的正確性。(2)對(duì)車把調(diào)節(jié)車身穩(wěn)定的自行車單輸入單輸出模型進(jìn)行了系統(tǒng)性能分析,確定了車速對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。并在自行車前向車速恒定不變的情況下分別使用極點(diǎn)配置法與LQR控制方法設(shè)計(jì)了狀態(tài)反饋控制器,通過仿真驗(yàn)證了兩種控制器的有效性。(3)使用變增益LQR控制方法對(duì)非線性SISO模型進(jìn)行了控制,在車速不斷變化的情況下對(duì)系統(tǒng)給定一個(gè)非零狀態(tài),分別對(duì)車身不受擾動(dòng)、受短時(shí)擾動(dòng)與持續(xù)擾動(dòng)三種情況進(jìn)行控制系統(tǒng)仿真。通過與經(jīng)典LQR控制方法作用下的系統(tǒng)各狀態(tài)隨時(shí)間的變化曲線進(jìn)行對(duì)比,變增益LQR控制器不僅能夠使系統(tǒng)保持在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài),且較LQR控制器有更高的自適應(yīng)性與可靠性。
【圖文】：

圖 1-1 Yasuhito Tanaka 及其團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)Y.Yavin[15]花費(fèi)將近十年的時(shí)間致力于無人駕駛自行車控制出了杰出的貢獻(xiàn)。他在自行車上設(shè)計(jì)了兩種機(jī)械調(diào)節(jié)裝置，向穩(wěn)定性。一種配重調(diào)節(jié)器如圖1-2中的圖（a）所示，在自轉(zhuǎn)動(dòng)桿調(diào)節(jié)裝置；另一種如圖1-2中的圖（b）所示，，采用了器人的自平衡。他采用拉格朗日方程法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了建模，車軌跡可控的概念。在控制器的設(shè)計(jì)上，采用逆動(dòng)態(tài)方法設(shè)追蹤控制器。

[15]花費(fèi)將近十年的時(shí)間致力于無人駕駛自行的貢獻(xiàn)。他在自行車上設(shè)計(jì)了兩種機(jī)械調(diào)節(jié)。一種配重調(diào)節(jié)器如圖1-2中的圖（a）所示節(jié)裝置；另一種如圖1-2中的圖（b）所示，平衡。他采用拉格朗日方程法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了控的概念。在控制器的設(shè)計(jì)上，采用逆動(dòng)態(tài)器。（a）轉(zhuǎn)動(dòng)桿配重調(diào)節(jié)器
【學(xué)位授予單位】：天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U484

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