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论文类型：期刊论文

发表时间：2019-12-01

发表刊物：控制与决策

收录刊物：PKU、EI

卷号：34

期号：12

页面范围：2635-2641

ISSN号：1001-0920

关键字：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

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.