阮曉鋼，武衛霞，劉　航
北京工業大學電子信息與控制工程學院，北京

摘　　　要：為了對兩輪直立式機器人進行平衡控制研究，首先應用一種拉格朗日方法對兩輪直立式機器人系統進行動力學建模，以力矩作為模型控制輸入并且考慮到了系統無滑動的非完整約束方程。求出了系統的較大相對階并對非線性系統進行了部分反饋線性化，經過坐標變換和輸出反饋得到了２個由兩鏈積分器構成的子系統，外加３個代表系統內動態的非線性方程。根據以上所得的結果，對兩輪直立式機器人進行了平衡控制，并在保持平衡時跟上期望的偏航角。所使用的方法為簡單的ＰＩＤ控制，由仿真結果可以看出機器人可以在短時間內達到平衡狀態，驗證了這種控制方法的有效性。

關　鍵　詞：兩輪直立式機器人；非線性系統；反饋線性化

１　引　言
兩輪直立式機器人的概念就來自倒立擺系統。倒立擺系統是一種非線性、強耦合、多變量和自然不穩定的系統，長期以來都是國內外學者研究的熱門課題之一，是檢驗各種控制理論的理想模型。本文涉及的兩輪直立式機器人是１個兩輪同軸左右平衡布置的結構，兩輪分別驅動，由控制兩輪的轉速差實現直行和轉彎［１�玻玻荨Ｓ捎谶@種結構具有極強的靈活性，因而受到國內外機器人研究領域的高度重視，較早研究這種機構的是日本Ｅｌｅｃｔｒｏ�玻悖铮恚恚酰睿椋悖幔簦椋铮睿蟠髮W的ＫａｚｕｏＹａｍａｆｕｊｉ教授，提出了制造一種自動站立機器人的構思，這被認為是兩輪直立式機器人的構想起源。本文主要內容分為以下幾部分：首先對兩輪直立式機器人進行了動力學建模［３］，然后對系統進行了可控性分析，求出系統的較大相對階，較后對系統進行了部分反饋線性化，得到了２個由兩鏈積分器構成的子系統，外加３個代表系統內動態的非線性方程，對兩輪直立式機器人進行了平衡控制，由仿真結果可以看出這種方法是有效的。但是仿真結果對實際應用中的一些問題進行了假設，因而要說明方法的實效性，應進行必要的實際平臺的驗證，這也是下一步要進行的工作。

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