滤波器自适应滑模控制器在自平衡小车中的应用

第３８卷第５期２００８年９月

航空计算技术

ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅ

Ｖｏｌ＿３８Ｎｏ．５

Ｓｅｐ．２００８

滤波器自适应滑模控制器在自平衡小车中的应用

任金星，屈胜利，骞少辉

（西安电子科技大学机电工程学院，陕西西安７１００７１）

摘要：在传统趋近律滑模控制器基础上采用一种改进的滑模控制器——自适应滑模控制器．同时针对小车运动时真实倾斜角速度不易测量，而倾角传感器测得的角速度满足不了要求，为此设计了广义卡尔曼滤波器来在线估计非线性系统的状态，有效抑制了系统噪声干扰，消弱了抖振，应用在自平衡小车上，验证了控制器的有效性。

关键词：离散变结构：自适应滑模控制；卡尔曼滤波器

中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：Ａ文章编号：１６７１．６．５４Ｘ（２００８）０５．００８８．０４

引言

两轮自平衡小车是一个高度不稳定两轮机器人，其动力学系统，具有非线性、多变量、强耦合、时变、参数不确定性等特性，而且在运动过程中要能够自主适应各种复杂的环境，实现自主避障、跟踪、路径规划等功能，执行分配的各项任务。近年来，该系统已成为研究各种控制的一个理想平台，是检验不同控制方法、策略控制能力的典型装置。滑模控制发展到２０世纪后期，计算机实时控制日益成熟，离散变结构控制发展起来，关于其研究和设计已成为变结构控制理论与应用的一个重要组成部分。本文基于广义卡尔曼滤波器及传统的趋近律变结构控制，设计了滤波器自适应滑模控制器，将其应用于两轮小车的平衡控制上，并给出了对比仿真研究。

１小车的硬件结构及系统动力学模型

硬件结构和基本Ｔ作原理如图１所示。

图ｌ两轮自平衡小车硬件和原理结构图经过动力学分析，将小车轮子和车体分开建模，再

将两部分联立，推出其非线性方程，经过局部线性化得

ｚ（Ｉ｜｝４－１）莺（后４－１）以（后＋１）旁。（五＋１）１．００００

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０

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０．００１０

１．００００

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０．０６７１

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０．１８３９

出两轮不稳定小车的连续系统状态方程，取Ｔ＝

０．００１ｓ，对其进行离散化，得离散化动态方程：

一Ｏ．００００

—０．００００

０．００１０

１．０００ｌ

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孟（后）

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收稿日期：２００８．０４．２４

作者简介：任金星（１９８３一），男，陕西富平人，硕士研究生．研究方向为计算机测量与控制。＋

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