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

1、本文旨在對兩輪自平衡代步車進行研究。兩輪自平衡代步車的想法來源于倒立擺模型，車體結(jié)構(gòu)簡單，由車把、踏板和兩個平行布置的輪子組成，沒有剎車、加速、減速裝置。駕駛者只需改變車體角度往前或往后傾，代步車就會根據(jù)傾斜的方向前進或后退而速度則與車體傾斜的程度成正比?，F(xiàn)代社會交通擁堵己嚴(yán)重影響了人們的出行效率，代步車作為一種小型化、機動靈活、無污染的交通運輸工具，將會有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用前景。
　　 兩輪自平衡代步車平衡與運動的前提條件是快速

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和陀螺儀，加速度計靜態(tài)性能好，不適合動態(tài)角度測量，陀螺儀動態(tài)性能好，卻存在累積漂移誤差。通過分析慣性傳感器在姿態(tài)檢測系統(tǒng)中的優(yōu)缺點，采用一種簡易互補濾波算法對陀螺儀和加速度計進行數(shù)據(jù)融合，生成動態(tài)傾角信號。應(yīng)用MATLAB對該濾波器進行仿真，并設(shè)計實驗進行檢測，實驗結(jié)果表明該方法有效去除加速度計動態(tài)情況下的干擾和陀螺儀累積漂移誤差，得到比較準(zhǔn)確的動態(tài)角度值。
　　 互補濾波能夠在動態(tài)

3、環(huán)境下得到比較準(zhǔn)確的角度值，但真實值和測量值實際傳遞關(guān)系尚不清楚。為定量分析和研究真實值和測量值之間的關(guān)系，在聯(lián)合仿真中真實有效的反映代步車實際情況，設(shè)計實驗測得系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)辨識獲取整個測量環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，并將其應(yīng)用于MATLAB控制環(huán)節(jié)中。
　　 為更加真實的反映代步車的實際情況，對代步車載人情況進行ADAMS和MATLAB聯(lián)合仿真并介紹其流程，在ADAMS中建立了代步車的虛擬樣機，在MATLAB中建立其控制系

4、統(tǒng)，并對代步車進行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，PID控制效果下降甚至控制失效。
　　 針對PID控制抗干擾能力差的缺陷，引進BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對不同身高體重的人進行非線性映射。通過聯(lián)合仿真獲取不同身高體重對應(yīng)的最佳PID系數(shù)，建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過訓(xùn)練后的BP網(wǎng)絡(luò)，輸入樣本中的數(shù)據(jù)時，能夠得到近似的期望值，輸入樣本以外的數(shù)據(jù)，計算輸出的PID系數(shù)，用于對代步車進行控