基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的兩輪自平衡代步車(chē)的研究.pdf

1、本文旨在對(duì)兩輪自平衡代步車(chē)進(jìn)行研究。兩輪自平衡代步車(chē)的想法來(lái)源于倒立擺模型，車(chē)體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由車(chē)把、踏板和兩個(gè)平行布置的輪子組成，沒(méi)有剎車(chē)、加速、減速裝置。駕駛者只需改變車(chē)體角度往前或往后傾，代步車(chē)就會(huì)根據(jù)傾斜的方向前進(jìn)或后退而速度則與車(chē)體傾斜的程度成正比?，F(xiàn)代社會(huì)交通擁堵己嚴(yán)重影響了人們的出行效率，代步車(chē)作為一種小型化、機(jī)動(dòng)靈活、無(wú)污染的交通運(yùn)輸工具，將會(huì)有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用前景。
　　 兩輪自平衡代步車(chē)平衡與運(yùn)動(dòng)的前提條件是快速

2、且準(zhǔn)確地獲得其姿態(tài)信息，常用的傳感器為加速度計(jì)和陀螺儀，加速度計(jì)靜態(tài)性能好，不適合動(dòng)態(tài)角度測(cè)量，陀螺儀動(dòng)態(tài)性能好，卻存在累積漂移誤差。通過(guò)分析慣性傳感器在姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)中的優(yōu)缺點(diǎn)，采用一種簡(jiǎn)易互補(bǔ)濾波算法對(duì)陀螺儀和加速度計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，生成動(dòng)態(tài)傾角信號(hào)。應(yīng)用MATLAB對(duì)該濾波器進(jìn)行仿真，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法有效去除加速度計(jì)動(dòng)態(tài)情況下的干擾和陀螺儀累積漂移誤差，得到比較準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)角度值。
　　 互補(bǔ)濾波能夠在動(dòng)態(tài)

3、環(huán)境下得到比較準(zhǔn)確的角度值，但真實(shí)值和測(cè)量值實(shí)際傳遞關(guān)系尚不清楚。為定量分析和研究真實(shí)值和測(cè)量值之間的關(guān)系，在聯(lián)合仿真中真實(shí)有效的反映代步車(chē)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)得系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)，通過(guò)系統(tǒng)辨識(shí)獲取整個(gè)測(cè)量環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，并將其應(yīng)用于MATLAB控制環(huán)節(jié)中。
　　 為更加真實(shí)的反映代步車(chē)的實(shí)際情況，對(duì)代步車(chē)載人情況進(jìn)行ADAMS和MATLAB聯(lián)合仿真并介紹其流程，在A(yíng)DAMS中建立了代步車(chē)的虛擬樣機(jī)，在MATLAB中建立其控制系

4、統(tǒng)，并對(duì)代步車(chē)進(jìn)行PID控制。仿真結(jié)果表明PID控制范圍狹窄，僅適合身高體重相近的人，當(dāng)人的身高體重發(fā)生較大變化時(shí)，PID控制效果下降甚至控制失效。
　　 針對(duì)PID控制抗干擾能力差的缺陷，引進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同身高體重的人進(jìn)行非線(xiàn)性映射。通過(guò)聯(lián)合仿真獲取不同身高體重對(duì)應(yīng)的最佳PID系數(shù)，建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過(guò)訓(xùn)練后的BP網(wǎng)絡(luò)，輸入樣本中的數(shù)據(jù)時(shí)，能夠得到近似的期望值，輸入樣本以外的數(shù)據(jù)，計(jì)算輸出的PID系數(shù)，用于對(duì)代步車(chē)進(jìn)行控