独轮机器人——控制系统设计学 院： 工业自动化学院专 业： 姓 名： 机械电子工程黄俊皓学 号： 职 163701101441唐伟杰讲 师北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计指导老师： 称： 中国·珠海二○二○ 年 四 月北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计《独轮机器人——控制系统设计》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。本人签名： 黄俊皓 日期： 2020 年 4 月 22 日北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计摘 要独轮机器人具有非线性、强耦合的复杂动力学系统。是控制理论和动力学研究的一大挑战，是一个非常好的研究模型。本文将设计一款独轮机器人，侧重分析独轮机器人的运动，并建立动力学模型以及编写控制程序。本文通过对独轮机器人的工作原理进行分析，为独轮机器人挑选合适的电子元件。本文选择 mpu9250 电子陀螺仪捕获独轮机器人运动姿态；GA12-N20 电机为独轮机器人提供驱动力；电机驱动使用 L298N 电机驱动模块；两节 18650 电池供电；arduino uno板作为独轮机器人的核心控制器。为解决电子陀螺仪的数据带有偏差和噪声的问题，本文对数据进行修正处理,受电容的滤波特性的启发，设计滤波算法。本文从电容滤波电路切入，进行分析，对电容进行数学建模。针对计算机处理数据的特点，本文对模型进行离散化处理，并使用递推公式取代求和公式。本文使用 MATLAB 软件对电容滤波算法进行了初步的检验分析，并使用 arduino 实物进行实践验证。由实验结果可知该算法能有效滤除信号的噪声。为使数据更有可读性，更便于数据分析。本文对数据进行相应的处理，从而获得了角速度、角加速度、角度三个物理量。独轮机器人的动力学系统具有多变量强耦合的特点，为使设计简单。本文对独轮机器人的倾倒过程拆解成前后倾倒与左右倾倒的组合。对每个轴向的倾倒运动独立分析、建立动力学模型，并对控制系统进行设计与仿真。在左右倾倒控制的设计中，通过分析倾倒过程中受到的力的变化、角度的变化、角速度的变化，得到了 PD 控制系统。但在左右倾倒仿真中发现，该控制系统不能区分出独轮机器人的倾倒和回摆的区别。为解决控制系统无法识别回摆与倾倒的区别的问题，本文对倾倒过程再度分析。在原控制系统上加入了积分项，也就是角度参数。角度参数可以...
