第一篇：電動(dòng)獨(dú)輪車的模糊自適應(yīng)控制論文

0 引 言

相比于電動(dòng)自行車和摩托車，電動(dòng)獨(dú)輪車具有體積小、重量輕，攜帶方便等很多優(yōu)點(diǎn)，將成為一種新型的短途出行的交通工具。針對(duì)騎行電動(dòng)獨(dú)輪車本體結(jié)構(gòu)和控制策略的研究越來越受到人們的關(guān)注。

獨(dú)輪車的控制主要分俯仰和橫滾平衡控制，如果獨(dú)輪車的橫滾平衡是由騎行者來實(shí)現(xiàn)，那么載人的電動(dòng)獨(dú)輪車的控制目標(biāo)就是通過對(duì)電機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)俯仰平衡。騎行者的身體前傾使車身前傾，為了保證人不摔倒，車輪需要向前滾動(dòng)來實(shí)現(xiàn)俯仰平衡，同理騎行者身體后仰就需要車輪向后滾動(dòng)來保持平衡。為了實(shí)現(xiàn)獨(dú)輪車的俯仰平衡控制，學(xué)者們提出了不同的控制方案。文獻(xiàn)[7]提出了傳統(tǒng)的PD控制器來實(shí)現(xiàn)平衡控制，但是系統(tǒng)的抗干擾能力較差;文獻(xiàn)提出了一種建模方法并通過線性二次型調(diào)節(jié)器(LQR)來實(shí)現(xiàn)獨(dú)輪車的穩(wěn)定，但僅實(shí)現(xiàn)車體本身的一種平衡控制，沒有考慮車體有不同負(fù)載時(shí)的運(yùn)行情況。文獻(xiàn)提出自適應(yīng)非線性控制器實(shí)現(xiàn)了載人獨(dú)輪車的平衡控制并獲得了良好的騎行性能，但是控制策略以精確的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)起來也較為復(fù)雜。

為了簡(jiǎn)化控制模型并在實(shí)際騎行中得到較好的動(dòng)、靜態(tài)特性，本研究首先利用牛頓力學(xué)方法建立騎行電動(dòng)獨(dú)輪車的動(dòng)力學(xué)模型，分析不同的騎行者的姿態(tài)與被控對(duì)象之間的非線性關(guān)系，然后設(shè)計(jì)對(duì)被控對(duì)象參數(shù)變化不敏感的自適應(yīng)模糊PD控制器，最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證控制策略在提高騎行電動(dòng)獨(dú)輪車的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能以及魯棒性方面的有效性。電動(dòng)獨(dú)輪車控制模型

1.1 系統(tǒng)框架

騎行電動(dòng)獨(dú)輪車外觀如圖1所示。獨(dú)輪車的主體為帶有控制電路板的外轉(zhuǎn)子永磁無刷直流電機(jī)。當(dāng)騎行者通過前傾或后仰使車體前后傾斜時(shí)，永磁無刷直流電機(jī)輸出合適的轉(zhuǎn)矩使車體滾動(dòng)，來保持騎行者以及車體的俯仰平衡。踏板跟車體硬性連接，踏板的角度直接反映了車體的傾斜程度，保持踏板水平也就保持了整個(gè)系統(tǒng)的平衡。

1.2 數(shù)學(xué)模型

由于實(shí)際的機(jī)械零件和運(yùn)動(dòng)過程比較復(fù)雜，一般需要在允許的范圍內(nèi)忽略摩擦、形變以及彈性等因素。

1.3 模糊控制器設(shè)計(jì)

電動(dòng)獨(dú)輪車通過對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制實(shí)現(xiàn)最終的平衡運(yùn)行，其控制框圖如圖4所示。由陀螺儀和加速度計(jì)測(cè)量所得的獨(dú)輪車姿態(tài)信息，通過濾波后輸入控制器?？刂破鬏敵鲛D(zhuǎn)矩控制信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)板施加給電機(jī)，以此來實(shí)現(xiàn)獨(dú)輪車平衡運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

電動(dòng)獨(dú)輪車的電機(jī)采用外轉(zhuǎn)子永磁無刷直流電機(jī)，其額定電壓為50 V，額定轉(zhuǎn)速360 r/min，額定功率350 W。實(shí)驗(yàn)時(shí)，50 V母線電壓由裝在獨(dú)輪車內(nèi)部區(qū)的鋰電池提供。主控制芯片采用 Cypress 公司的PSoC4。結(jié)束語

騎行電動(dòng)獨(dú)輪車是一個(gè)強(qiáng)非線性系統(tǒng)，不同的騎行環(huán)境和騎行者的使用方法對(duì)其平衡控制有較大的影響。

本研究設(shè)計(jì)的自適應(yīng)模糊PD控制器能較好地適應(yīng)應(yīng)用環(huán)境，保證騎行者的正常騎行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了控制器穩(wěn)態(tài)性能更好，而且具備更強(qiáng)的魯棒性。

第二篇：電動(dòng)獨(dú)輪車市場(chǎng)調(diào)查問卷

關(guān)于IPS的市場(chǎng)調(diào)查問卷編號(hào)：

1、您的性別（）

A 男性B 女性

2、您知道智能自平衡電動(dòng)車嗎？（）

A 知道兩輪車B 知道獨(dú)輪車C 都知道D 都不知道

3、您對(duì)IPS電動(dòng)獨(dú)輪車感興趣嗎？

A 感興趣B 不感興趣

4、那您會(huì)打算用IPS獨(dú)輪車來代步嗎？

A 打算B 不打算

5、如果有人上下課用IPS獨(dú)輪車代步的話，您的感覺是？（）

A 很酷，很吸引眼球

B 一般，沒什么特別的感覺

C 感覺很奇怪，有點(diǎn)不能接受

6、您覺得這種IPS電動(dòng)獨(dú)輪車的價(jià)格大概在多少？（）

A 1000以下B 1000~2000C 2000~3000D 3000~40007、您現(xiàn)在愿意花費(fèi)3000左右的價(jià)格買一個(gè)IPS獨(dú)輪車嗎？（）

A 愿意B不愿意

8、當(dāng)您工作后，您是否愿意購(gòu)買？（）

A 愿意B 不愿意

9、那您愿意花費(fèi)多少來購(gòu)買IPS獨(dú)輪車？（）

A 1000以下B 1000~2000C 2000~3000D 3000~400010、您對(duì)IPS獨(dú)輪車的外形滿意嗎？（）

A 滿意B 不滿意

11、如果您對(duì)外形不滿意，那您的建議是？

電動(dòng)獨(dú)輪車：

第三篇：逍遙游電動(dòng)獨(dú)輪車學(xué)習(xí)心得

逍遙游電動(dòng)獨(dú)輪車學(xué)習(xí)心得

1.利用手帶來保證駕駛的安全,在還不能熟練駕駛電動(dòng)獨(dú)輪車時(shí)，利用手帶可以幫助獨(dú)輪車避免摔倒刮傷。

2.當(dāng)身體前傾，電動(dòng)獨(dú)輪車會(huì)感知到動(dòng)作進(jìn)行加速；當(dāng)身體后仰，電動(dòng)獨(dú)輪車也會(huì)控制電機(jī)減速以維持駕駛者與車體的平衡。

3.電動(dòng)獨(dú)輪車的動(dòng)力是有限度的，超過限度電動(dòng)獨(dú)輪車會(huì)無法支撐身體，導(dǎo)致從車上掉下來，所以務(wù)必要小心駕駛。

4.電動(dòng)獨(dú)輪車的時(shí)速大概在于18KM，超過16KM就會(huì)自動(dòng)報(bào)警提醒您減速，保證在公路上的安全騎行。

第四篇：自適應(yīng)控制學(xué)習(xí)心得

自適應(yīng)控制學(xué)習(xí)心得

在八周的自適應(yīng)控制學(xué)習(xí)中，我了解了自適應(yīng)控制的基本概念和定義，自適應(yīng)控制的原理和數(shù)學(xué)模型以及發(fā)展?fàn)顩r。其中，老師重點(diǎn)給我們講了李亞普諾夫穩(wěn)定理論設(shè)計(jì)MRAC系統(tǒng)和MIT方案，波波夫超穩(wěn)定理論設(shè)計(jì)MRAC系統(tǒng)和MIT方案和自校正控制系統(tǒng)。雖然這些理論知識(shí)掌握的不是很牢固，理解的也不夠透徹，但是這為我以后的學(xué)習(xí)和實(shí)踐奠定了一定的基礎(chǔ)。

自適應(yīng)控制的定義：(1)不論外界發(fā)生巨大變化或系統(tǒng)產(chǎn)生不確定性，控制系統(tǒng)能自行調(diào)整參數(shù)或產(chǎn)生控制作用，使系統(tǒng)仍能按某一性能指標(biāo)運(yùn)行在最佳狀態(tài)的一種控制方法。(2)采用自動(dòng)方法改變或影響控制參數(shù)，以改善控制系統(tǒng)性能的控制。

自適應(yīng)控制的基本思想是：在控制系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，系統(tǒng)本身不斷的測(cè)量被控系統(tǒng)的狀態(tài)、性能和參數(shù)，從而“認(rèn)識(shí)”或“掌握”系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行指標(biāo)并與期望的指標(biāo)相比較，進(jìn)而做出決策，來改變控制器的結(jié)構(gòu)、參數(shù)或根據(jù)自適應(yīng)規(guī)律來改變控制作用，以保證系統(tǒng)運(yùn)行在某種意義下的最優(yōu)或次優(yōu)狀態(tài)。

按這種思想建立起來的控制系統(tǒng)就稱為自適應(yīng)控制系統(tǒng)。自適應(yīng)控制是主動(dòng)去適應(yīng)這些系統(tǒng)或環(huán)境的變化，而其他控制方法是被動(dòng)地、以不變應(yīng)萬變地靠系統(tǒng)本身設(shè)計(jì)時(shí)所考慮的穩(wěn)定裕度或魯棒性克服或降低這些變化所帶來的對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能指標(biāo)的影響。好的自適應(yīng)控制方法能在一定程度上適應(yīng)被控系統(tǒng)的參數(shù)大范圍的變化，使控制系統(tǒng)不僅能穩(wěn)定運(yùn)行，而且保持某種意義下的最優(yōu)或接近最優(yōu)。

自適應(yīng)控制也是一種基于模型的方法，與基于完全模型的控制方法相比，它關(guān)于模型和擾動(dòng)的先驗(yàn)知識(shí)比較少，自適應(yīng)控制策略可以在運(yùn)行過程中不斷提取有關(guān)模型的信息，自動(dòng)地使模型逐漸完善。

李亞普諾夫穩(wěn)定理論設(shè)計(jì)MRAC系統(tǒng)和MIT方案的學(xué)習(xí)中，如果要設(shè)計(jì)一個(gè)關(guān)于李雅普諾夫函數(shù)的MRAC系統(tǒng)。首先構(gòu)造出系統(tǒng)的李亞普諾夫函數(shù)，然后用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論的設(shè)計(jì)方法，能夠成功地設(shè)計(jì)穩(wěn)定的模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)。在這一章的學(xué)習(xí)中，理解李亞普諾夫穩(wěn)定性理論和構(gòu)造系統(tǒng)的李亞普諾夫函數(shù)是重點(diǎn)。

超穩(wěn)定性概念是波波夫于六十年代初研究非線性系統(tǒng)絕對(duì)穩(wěn)定性時(shí)發(fā)展起來的。當(dāng)時(shí)，波波夫?qū)δ撤N類型的非線性系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性問題，提出了一個(gè)具有充分條件的頻率判據(jù)，對(duì)研究的這類非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供了比較實(shí)用的方法。波波夫所研究的這類非線性系統(tǒng)，是由線性時(shí)不變部分與非線性無記憶元件相串聯(lián)而構(gòu)成的反饋系統(tǒng)。波波夫超穩(wěn)定性理論來設(shè)計(jì)模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)，它可以給出一族自適應(yīng)規(guī)律，并且有一整套設(shè)計(jì)理論。因此，有利于學(xué)習(xí)掌握這種自適應(yīng)控制的設(shè)計(jì)方法和結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)靈活選擇適當(dāng)?shù)淖赃m應(yīng)控制規(guī)律。

自校正控制系統(tǒng)又稱為參數(shù)自適應(yīng)系統(tǒng),它源于隨機(jī)調(diào)節(jié)問題，該系統(tǒng)有兩個(gè)環(huán)路,一個(gè)環(huán)路由參數(shù)可調(diào)的調(diào)節(jié)器和被控系統(tǒng)所組成,稱為內(nèi)環(huán),它類似于通常的反饋控制系統(tǒng)；另一個(gè)環(huán)路由遞推參數(shù)估計(jì)器與調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算環(huán)節(jié)所組成,稱為外環(huán)。自校正控制系統(tǒng)與其它自適應(yīng)控制系統(tǒng)的區(qū)別為其有一顯性進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)和控制器參數(shù)計(jì)算(或設(shè)計(jì))的環(huán)節(jié)這一顯著特征。自校正控制的思想是將在線參數(shù)估計(jì)與調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)有機(jī)的結(jié)合在一起。自適應(yīng)控制常常兼有隨機(jī)性、非線性和時(shí)變等特征,內(nèi)部機(jī)理也相當(dāng)復(fù)雜,所以分析這類系統(tǒng)十分困難。目前,已被廣泛研究的理論課題有穩(wěn)定性、收斂性和魯棒性等,但取得的成果與人們所期望的還相差甚遠(yuǎn)。

在傳統(tǒng)的控制理論與控制工程中，當(dāng)對(duì)象是線性定常、并且完全已知的時(shí)候，才能進(jìn)行分析和控制器設(shè)計(jì)。無論是采用頻域方法還是狀態(tài)空間方法對(duì)象一定是已知的。這類方法稱為基于完全模型的方法。在模型能夠精確的描述實(shí)際對(duì)象時(shí)，基于完全模型的控制方法可以進(jìn)行各種分析、綜合，并得到可靠、精確和滿意的控制效果。因此，在控制工程中，要成功設(shè)計(jì)一個(gè)良好的控制系統(tǒng)，不論是通常的反饋控制系統(tǒng)或是最優(yōu)控制系統(tǒng)，都需要掌握好被控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。

然而，有一些實(shí)際被控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是很難事先通過機(jī)理建模或離線系統(tǒng)辨識(shí)來確知的，或者它們的數(shù)學(xué)模型的某些參數(shù)或結(jié)構(gòu)是處于變化之中的。對(duì)于這些事先難以確定數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)，通過事先鑒定好控制器參數(shù)的常規(guī)控制難以應(yīng)付。

面對(duì)這些系統(tǒng)特性未知或經(jīng)常處于變化之中而無法完全事先確定的情況，如何設(shè)計(jì)一個(gè)滿意的控制系統(tǒng)，使得能主動(dòng)適應(yīng)這些特性未知或變化的情況，這就是自適應(yīng)控制所要解決的問題。

自適應(yīng)控制技術(shù)在20世紀(jì)80年代即開始向產(chǎn)品過渡，在我國(guó)得到了較好的推廣應(yīng)用，取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益。且理論研究也有一些開創(chuàng)性的成果。但總的來說推廣應(yīng)用還很有限，主要是由于其通用性和開放性嚴(yán)重不足。

雖然現(xiàn)已能設(shè)計(jì)出安全、有效、穩(wěn)定、快速且現(xiàn)場(chǎng)操作比較簡(jiǎn)單的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，但今后較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，相對(duì)簡(jiǎn)單實(shí)用的反饋、反饋加前饋或其他一些成熟的控制技術(shù)仍將繼續(xù)占據(jù)實(shí)際應(yīng)用的主流。

自適應(yīng)控制理論必須有新的突破，才能在工程應(yīng)用中對(duì)PID控制等傳統(tǒng)方法取得顯著的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合人工智能技術(shù)，尤其是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與模糊理論，或許是最終實(shí)現(xiàn)這一遠(yuǎn)景的可能途徑。

在近兩個(gè)月的學(xué)習(xí)中，感謝范老師的精彩講授。特別在一些難懂和不易理解的公式和定理的學(xué)習(xí)中，范老師都親自在黑板上給我們演算證明，加深了我們對(duì)公式以及定理的掌握和理解。通過對(duì)自適應(yīng)控制的學(xué)習(xí)，它為我以后的課題研究，提供了一些解決困難和問題的方法。

第五篇：模糊控制優(yōu)缺點(diǎn)

4模糊控制的優(yōu)缺點(diǎn)及需要解決的問題分析 4.1模糊控制的優(yōu)點(diǎn)

(1)使用語言方法, 可不需要過程的精確數(shù)學(xué)模型;(2)魯棒性強(qiáng), 適于解決過程控制中的非線性、強(qiáng)耦合時(shí)變、滯后等問題;(3)有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力。具有適應(yīng)受控對(duì)象動(dòng)力學(xué)特征變化、環(huán)境特征變化和動(dòng)行條件變化的能力;(4)操作人員易于通過人的自然語言進(jìn)行人機(jī)界面聯(lián)系, 這些模糊條件語句容易加到過程的控制環(huán)節(jié)上。

4.2模糊控制的缺點(diǎn)

(1)信息簡(jiǎn)單的模糊處理將導(dǎo)致系統(tǒng)的控制精度降低和動(dòng)態(tài)品質(zhì)變差;(2)模糊控制的設(shè)計(jì)尚缺乏系統(tǒng)性, 無法定義控制目標(biāo)。4.3 模糊控制理論需解決的問題

模糊控制理論經(jīng)過近幾十年的發(fā)展, 已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但模糊控制理論也還存在一些不足, 還有一些亟待解決的問題, 歸納如下:(1)要揭示模糊控制器的實(shí)質(zhì)和工作機(jī)理, 解決穩(wěn)定性和魯棒性理論分析的問題。

2)很多應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)表明, 模糊控制的魯棒性優(yōu)于傳統(tǒng)控制策略。但模糊控制和傳統(tǒng)控制的魯棒性的對(duì)比關(guān)系究竟是怎么樣, 尚缺少理論分析和數(shù)學(xué)推導(dǎo)方面的比較。(3)模糊控制規(guī)則和隸屬度函數(shù)的獲取與確定是模糊控制中的?瓶頸&問題。目前模糊控制規(guī)則中模糊子集的一般選取都是以下3種: e= {負(fù)大, 負(fù)小, 零, 正小, 正大} = {NB, NS, ZO, PS, PB }或e =負(fù)大, 負(fù)中, 負(fù)小, 零, 正小, 正中, 正大= { NB, NM,NS, ZO, PS, PM, PB}或e= {負(fù)大, 負(fù)中, 負(fù)小, 零負(fù),零正, 正小, 正中, 正大} = {NB, NM, NS, NZ, PZ, PS,PM, PB}, 而隸屬度函數(shù)通常選用的為三角隸屬度函數(shù), 以第3種模糊子集為例, 對(duì)應(yīng)的隸屬函數(shù)如圖3示。而規(guī)則中模糊子集及隸屬度函數(shù)的選擇大多數(shù)取決于經(jīng)驗(yàn), 缺少相應(yīng)的理論根據(jù)。

(4)在多變量模糊控制中, 需要對(duì)多變量耦合和?維數(shù)災(zāi)&問題進(jìn)行研究, 這些問題的解決與否將是多變量模糊控制能否廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。

圖

3模糊化子集和模糊化等級(jí)

5模糊控制的發(fā)展趨勢(shì)

模糊控制的發(fā)展大致有以下幾個(gè)方向:(1)復(fù)合模糊控制器。繼續(xù)研究模糊控制和PID 控制器、變節(jié)構(gòu)控制器、模糊H 控制器等的組合研究, 設(shè)計(jì)出滿足各種不同指標(biāo)要求的控制器。

(2)和各種智能優(yōu)化算法相結(jié)合的模糊控制。各種智能優(yōu)化算法(如遺傳算法、模擬退火算法、粒子群優(yōu)化算法等)能夠?qū)δ：刂埔?guī)則進(jìn)行動(dòng)態(tài)尋優(yōu), 故能在線修改模糊控制規(guī)則, 改善系統(tǒng)的控制品質(zhì)。

(3)專家模糊控制。專家模糊是將專家系統(tǒng)技術(shù)與模糊控制相結(jié)合的產(chǎn)物。引入專家系統(tǒng), 可進(jìn)一步提高模糊控制的智能水平, 專家模糊控制保持了基于規(guī)則的方法和模糊集處理帶來的靈活性, 同時(shí)又把專家系統(tǒng)技術(shù)的知識(shí)表達(dá)方法結(jié)合起來, 能處理更廣泛的控制問題。

(4)多變量模糊控制。研究多變量模糊控制中存在著的多變量耦合和?維數(shù)災(zāi)&等問題。

(5)很多公開發(fā)表的文獻(xiàn)對(duì)所設(shè)計(jì)模糊控制器的穩(wěn)定性及魯棒性分析采用仿真實(shí)驗(yàn)的方法, 而采用理論分析的較少。對(duì)混合模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性及魯棒性分析一般有2種方法[ 5] : 第1 種方法利用模糊系統(tǒng)辨識(shí)的方法將控制對(duì)象變換為模糊模型表示,使整個(gè)系統(tǒng)變?yōu)榧兇獾哪：Ｐ? 從而可采用模糊關(guān)系法及模糊相平面分析法等來檢驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性;第2種方法將控制器的模糊模型變?yōu)榇_定性的模型, 從而混合模糊系統(tǒng)變?yōu)槌Ｒ?guī)的控制系統(tǒng), 進(jìn)而可采用常規(guī)的方法來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。例如

描述函數(shù)法、圓判據(jù)法、一般相平面法及線性近似法 等。而究竟采用模糊模型還是確定性模型則需要根據(jù)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的具體情況進(jìn)行分析, 因此選擇合適的理論方法對(duì)所設(shè)計(jì)和模糊控制器進(jìn)行穩(wěn)定性及魯棒性分析也是模糊控制理論發(fā)展的方向之一。

結(jié)

束

語

文章對(duì)模糊控制理論的發(fā)展進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述,對(duì)模糊控制的原理及模糊控制器的設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行了詳細(xì)介紹;對(duì)模糊控制在航空航天中應(yīng)用(各種控制器的設(shè)計(jì))進(jìn)行了分析, 對(duì)模糊控制的優(yōu)缺點(diǎn)及需要解決的問題進(jìn)行了歸納和分析;最后對(duì)模糊控制的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。