姜立标　何家寿

(华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广东 广州 510640)



两轮自平衡代步车控制策略及动力学仿真*

姜立标何家寿

(华南理工大学 机械与汽车工程学院, 广东 广州 510640)

摘要：针对两轮自平衡代步车自平衡控制和转向控制的问题,提出了基于自适应差分进化算法(ADE)的自抗扰控制(ADRC)策略和改进的比例-积分-微分(PID)控制策略.首先应用拉格朗日公式法,基于广义坐标下非完整动力学Routh方程,建立两轮自平衡代步车的非线性数学模型.然后为自平衡控制部分设计自抗扰控制策略,运用自适应差分进化算法进行参数整定,并为转向控制部分设计融合安排过渡过程(TD)的PID控制策略.最后应用虚拟样机技术,通过Adams软件建立整车动力学模型,并结合Matlab/Simulink控制策略模型进行联合仿真.结果表明,文中所提出的控制策略能有效地实现姿态控制,调节速度快,控制精度高,并且具有较强的抗干扰能力.

关键词：两轮自平衡代步车;数学模型;自抗扰控制;自适应差分进化算法;动力学仿真

两轮自平衡代步车是一种两轮同轴分布、由两个电机独立驱动、能自动保持姿态平衡的轮式倒立摆结构[1].由于受非完整约束作用,两轮自平衡代步车具有非常强的非线性、时变、不稳定、耦合特性.其控制系统包括自平衡控制和转向控制两大部分,如何在不同状态下保持整车自平衡是设计控制策略的关键[2].

针对该问题,目前国内外常用的控制算法有以下几大类:①模糊……