云模型控制器在两轮自平衡机器人中的应用

自动化仪表PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Vol.40No.5

May.2019

第40卷第5期

2019年5月

云模型控制器在两轮自平衡机器人中的应用

徐子为，李众

(江苏科技大学电子信息学院，江苏镇江212003)

摘要：两轮自平衡机器人控制系统具有高阶次、多变量、非线性且强耦合的特性，因此难以建立精准的数学模型。针对两轮自平衡机器人系统的复杂性，对其平衡控制系统进行了研究，提出了一维云模型控制器的设计方法。运用该方法，成功地实现了两轮自平衡机器人的平衡控制,并比较了一维云模型控制器在三规则和五规则下对系统性能的影响。试验结果表明:一维云模型控制器在两轮自平衡机器人平衡控制系统中具有良好的控制性能和强抗干扰性,五规则控制器具有更加优越的控制效果。云模型控制器成功应用在两轮自平衡机器人平衡系统中,并在试验样机平台体现了良好的平衡性能，为今后云模型控制器的设计提供参考，也推进了云模型控制器在硬件平台实现的进程。

关键词：两轮自平衡机器人；云模型控制器；平衡系统；姿态检测；不确定性；智能控制；非线性系统；映射器；规则推理

中图分类号：TH7文献标志码：A DOI：10.16086/ki.issnl000-0380.2018100017

Application of Cloud Model Controller in Two-Wheeled Self-Balancing Robot

XU Ziwei,LI Zhong

(College of Electrical and Information Engineering,Jiangsu University of Science and Technology,Zhenjiang212003,China)

Abstract:Two-wheeled self-balancing robot control system has the characteristics of high order,multi-variable,nonlinear and strong coupling,so it is difficult to establish accurate mathematical model.Aiming at the complexity of the two-wheeled self-balancing robot system,its balance control system is studied,and the design method of the one-dimensional cloud model controller is proposed.This method is used to successfully realize the balance control of the two-wheel self-balancing robot and compares the influence of the one-dimensional cloud model controller on the system performance under the three rules and five rules.The experimental results show that the one-dimensional cloud model controller has good control performance and strong anti-interference capability in the two-wheel self-balancing robot balance control system.The five-rule controller has superior control effects.The cloud model controller has been successfully applied in the two-wheel self-balancing robot balance systemand has demonstrated good balance performance on the experimental prototype platform.It provides reference for the design of cloud model controllers in the futureand promotes the implementation of the cloud model controller on the hardware platform process. Keywords:Two-wheeled self-balancing robot；Cloud-model controller；Balance system；Attitude detection；Uncertainty；Intelligent control；Nonlinear system；Mapper；Rule reasoning

o引言

两轮自平衡机器人系统本质上是一种极其不稳定的欠驱动系统。国内外专家学者对于该类机器人的控制都进行了较为深入而广泛的研究。首要研究课题便是平衡控制。大量文献主要从传统控制、现代控制、智能控制三个方向对其平衡系统进行研究3］。控制方法主要有比例积分微分控制器(proportion integral derivative,PID)、线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)、模糊算法等，但是控制效果始终不理想，机器人抖动现象严重。

本文将两轮自平衡机器人平衡系统作为研究对象,通过一维云模型多规则推理映射算法,分别设计了三规则以及五规则云模型控制器。将两种云模型控制器分别应用于两轮自平衡机器人平衡控制系统，并在实际应用中进行了对比分析。通过试验，证明了云模型控制器的可行性与科学性。

1两轮自平衡机器人平衡系统

主控制器、动力驱动以及姿态传感器是两轮自平

收稿日期:2018-10-11

作者简介:徐子为(1994-)，男，在读硕士研究生，主要研究领域为智能控制,E-mail：897908448@；

李众(通信作者)，男，博士，教授，硕士研究生导师,主要研究领域为电气自动化、智能控制、云模型算法、非线性系统, E-mail:xlizhong@