自平衡小车LQR-PID平衡与路径跟踪控制器设计

作者：高志伟^*; 代学武

来源：控制工程, 2020, 27(04): 708-714.

DOI：10.14107/j.cnki.kzgc.170776

• 两轮自平衡机器人
• 拉格朗日函数法
• LQR
• 路径跟踪

基于两轮自平衡小车,运用拉格朗日函数法构建了系统的动力学方程,将其非线性模型在工作点附近线性解耦为直线与转向两种运动状态。提出了一种综合考虑平衡控制和位置/方向随动控制的LQR-PID混合最优控制器,引入位置角与转向角偏差的积分项,通过LQR最优算法优化PID参数,改善了系统的动态性能,使小车具有良好的轨迹跟踪性能的同时能量消耗最少。仿真实验表明该算法能使平衡小车在保持动态平衡的前提下对指定轨迹进行的良好跟踪,具有较快的动态响应速度,对干扰具有良好的鲁棒性。

• 单位
  东北大学; 流程工业综合自动化国家重点实验室