أغنية ماو يين، وانغ بينغ، تساو يفينغ
(جامعة تشنغتشو كلية الصناعة الخفيفة الهندسة الكهربائية والإعلام، وتشنغتشو 450002، الصين)
: من أجل حل الدولتين مركبة ذاتية التوازن مما تسبب في نموذج النظام لا يعود دقيق للاختلافات في الطول والوزن مختلف المستخدمين جلبت المشكلة لسيطرة نظام تحكم الاستقرار ضعف الأداء، والتكنولوجيا اضطراب السيطرة الرفض للتوازن السيارة التحكم في الحركة اثنين من التوازن الذاتي في. أولا، طريقة لاغرانج لإنشاء اثنين من المركبات ديناميكية نموذج التوازن الذاتي، ثم استخلاصه من السيارة لتحقيق اثنين متوازن قانون الرقابة ADRC لخصائص السيطرة على توازن نظام. وأخيرا، SIMULINK منصة محاكاة لبناء اثنين من نظام السيطرة على السيارة التوازن الذاتي، الخطية على التوالي النشطة تحكم اضطراب الرفض والتجارب التي أجريت الكلاسيكية مقارنة طريقة ADRC. وأظهرت النتائج أن: مقارنة مع الكلاسيكية ADRC جديدة ADRC يمكن التكيف بشكل أفضل مع تغيير ارتفاع الظروف والوزن، وتحسين الوصول الذاتي حالة مستقرة.
: النفس موازنة السيارة، والنموذج ليس دقيقا، ADRC، SIMULINK منصة محاكاة
: كود TP368.1 الوثيقة: ADOI: 10.19358 / j.issn.1674-7720.2017.10.004
شكل إشارة : كلمات ماو يين، وانغ بينغ، تساو يفينغ دراسة محاكاة استنادا الى اثنين من ADRC نظام السيطرة على السيارة التوازن الذاتي [J] ITS التطبيقات، 2017،36 (10): 11-14.
0 مقدمة
السيارة ذاتية التوازن لديها حجم صغير، وحركة مرنة، وحماية البيئة وتوفير الطاقة، يمكنك أن تجد التطبيق في مجموعة متنوعة من البيئات، سواء في تضييق الطرق المزدحمة وسائل النقل، ويمكن أن تستخدم سيارة دورية في مراكز التسوق أو ساحة وهلم جرا. اثنين من النظام الطبقي هو وسيلة ذاتية التوازن بعد أن غادر ويمكن أن العجلات اليمنى الحفاظ تلقائيا البندول متوازنة مقلوب، متعددة المتغيرات، غير الخطية والترابط القوي مع خصائص نظام غير مستقر [13]. مثل كل روبوت موازنة، جوهر قضية اثنين من المركبات ذاتية التوازن هي مسألة السيطرة على الحركة التوازن. للرقابة ومتوازنة لتحقيق هذا الهدف، وحدة تحكم رئيسية للتحكم محرك السيارات، ونظام تحديد السرعة بناء على هذا النجاح. ومع ذلك، ويرجع ذلك إلى ارتفاع مختلفة من وزن المتسابق، مما أدى إلى نظام النمذجة سيارتين متوازنة غير دقيقة، جلبت القضية إلى وحدة تحكم النظام للسيطرة على الفقراء مستقرة الأداء [4]. لحل هذه المشكلة، ومختلف الباحثين اقتراح أساليب مختلفة [56]: تحكم التقليدية LQR يمكن السيطرة على التوازن، ولكن الفقراء القدرة المضادة للتدخل، ويتطلب نموذج رياضي دقيق، والسيطرة على التكيف غامض اعتبارا تحكم جيدة ولكن حكم غامض من الصعب تطابق تماما، ADRC الكلاسيكية أيضا يمكن أن تفي بالمتطلبات، ولكن أكثر من المعلمات ضبط ومزيد من المتاعب. لتبسيط تصميم وحدة تحكم والتكيف مع احتياجات مختلف المستخدمين ركوب هنا باستخدام ADRC فن التصاميم الدولة الخطية نظام التغذية المرتدة لتوازن مراقب، وتحسين استخدام القطب صفر التكوين تنظيم سرعة النظام حلقة، وذلك لتحقيق عملية مستقرة للنظام . استخدام MATLAB [7] على خوارزمية ADRC هو محاكاة واختبار منصة محاكاة نظام التوازن الذاتي السيطرة على السيارة خلال بناء اثنين، الحصول على النتيجة المرجوة، فإن نجاح جدوى وفعالية البرنامج.
1 نموذج التوازن الذاتي ديناميكية السيارة
نظام مركبة ذاتية التوازن هو أكثر تعقيدا، من الصعب تحديد بدقة النموذج الرياضي. لتسهيل التحليل، وتجاهل انحراف القذيفه بفعل الهواء والاحتكاك العوامل الموجودة في البيئة، والفعلية (النظر فقط المتداول الاحتكاك بين الأرض والعجلة لا الشريحة)، وهما سيارة ذاتية التوازن يمكن تبسيط كما هو مبين في الشكل. 1 النموذج المادي [8]، FIG المعنى المادي للالمعلمات في الجدول 1. اثنين من نقطة المركز دوران أصل نظام الإحداثيات، موازية لسطح الطريق عبر نقطة الأصل من السيارة إلى الأمام في الاتجاه المعاكس كما المحور ص، وعلى طول محور الدوران من خلال نقطة المنشأ إلى الاتجاه إلى الأمام من الجانب الأيمن من المحور السيني من خلال أصل وعمودي على سطح الطريق حتى ض محور. نظام مركبة ذاتية التوازن وجود ثلاثة درجات من الحرية، أي حول المحور محور الطولي، متعدية وتحول الحركة في مستوى أفقي. واستنادا إلى نماذج ديناميكية لاغرانج، من خلال تحريك العلاقات، الطاقة الكامنة والقوة المعمم، وإنشاء مركزين نموذج ديناميكية السيارة ذاتية التوازن.
لاغرانج المعادلة على النحو التالي
حيث: T هو مجموع الطاقة الحركية للنظام، تشي تعميم نظام الإحداثيات، تشى هو نظام القوة المعمم. حدد ذراع سوينغ زاوية وزاوية عجلة حوالي l، r، والإحداثيات المعممة. يتم الحصول على الانتهاء من نظام غير الخطية للمعادلات كما يلي:
من اثنين أو أكثر رسوخا يظهر نموذج سيارة ذاتية التوازن أنه نظرا لمختلف المستخدمين ومختلف تأثير العوامل البيئية الأخرى على أنظمة مركبة ذاتية التوازن، مما يؤدي إلى تغييرات في معلمات نموذج النظام، والاحتياجات تحكم في الوقت الحقيقي لضبط عزم الدوران الناتج من نظام المحرك لا تزال مستقرة [9] .
2 الخطي تقنية ADRC
ADRC الأسلوب هو قانون الرقابة غير الخطية التي اقترحها البروفيسور هان Jingqing CAS، والفكرة هي استخدام مراقب الدولة موسعة لمراقبة اضطراب نظام تقدير باستخدام عنصر تحكم بسيطة لتثبيط [10]. الكلاسيكية ADRC يتطلب تحديد عدد وافر من المعلمات، ويحد من التطبيق العملي. وفي وقت لاحق، وهذا ارتفاع تشى تشيانغ، الذين قد تحسنت، وجميع وحدات التحكم والمراقبة دولة تنفذ في شكل خطي، خطي للحصول على ADRC، وحققت نتائج جيدة السيطرة الفعلية [11]. الخطي ADRC (LADRC) ويتكون من ثلاثة أجزاء: تتبع الاختلافات، وتحكم PD، والتمدد الطولي غير الخطية مراقب (LESO). تتبع هو الفارق قدرة السيطرة على الآثار والكائن الهدف لترتيب عملية انتقال مناسبة ويعطي إشارة التفاضلية من هذه العملية. غير الخطية تحكم PD باستخدام الناتج التفاضلية وإخراج مراقب الدولة تتبع الموحد يولد إشارة السيطرة. بمد خطي مراقب الدولة (LESO) هو خطية ADRC الجزء الأساسي، لا تعوض النظام عن الاختلافات في جزء نظام النمذجة وعوامل أخرى. ابتكرت من قبل طراز كائن سيطرة اثنين مركبة ذاتية التوازن يمكن أن ينظر إليه أن الكائن تحكم في الدرجة الثانية، والدرجة الثانية من تطبيق ADRC تحقيق السيطرة، كما هو مبين في الشكل.
مراقب التمدد الطولي أولا (LESO)
حيث، L هو حالة مكاسب مراقب. نصب
L = [123] T، الخطأ الصناعات الاستخراجية = الحادي عشر-تسي، ط = 1،2،3، لمعادلة الخطأ
ESO المعادلة المميزة هي:
(ق) = S3 + 1s2 + 2s + 3 (6)
قد يتم تكوين باستخدام طريقة التعيين القطب إلى أكثر من المعادلة مميزة (ق) = (الصورة + W0) 3، والحصول على 1 = 3w0، 2 = 3w20، 3 = 3w30، W0 هو عرض النطاق الترددي للمراقب. اختر الدولة مكاسب مراقب 1، 2، 3، أن الخطأ مقربة تقريب إلى الصفر، LESO يمكن أن يحقق نظام تتبع في الوقت الحقيقي المناسب لكل متغير. بعد حالة النظام بعد حالة التعبير مراقب الفضاء هو:
KP = w2c، دينار = 2wc، مرحاض هو عرض نطاق التردد وحدة تحكم، هي نسبة التخميد. قانون الرقابة مماثلة في تكوينها لPID، إلا أن جزءا لا يتجزأ الأصلي استبدال للقضاء على الاضطرابات -z3 / B0. مزيد من مرحاض وW0 تلبية العلاقة W0 = 3 ~ 10wc، لذلك تحتاج فقط لضبط نظام المعلمات KP، دينار وثلاث معلمات B0، الحد بشكل كبير من المعلمات السيطرة ADRC، أساسا لراحة التطبيق العملي.
3 سيارتين متوازنة منذ إنشاء نظام المحاكاة
أول من صيغة (2) لتأسيس المعمم الثاني زاوية ونظام سرعة الزاوي تتكون من
حيث، y هو الإخراج، و (X1، X2، ث (ر)) من نظام الكائن التحكم، ونظام يشمل تحديد وديناميكية واضطراب خارجي مؤكد ث (ر)، يو هو نظام الإدخال، ب هي
نظرا ربح ثابت. نظام لصيغة (9) المعرفة خارج النظام وتصميم جسم السيارة الهرولة تحكم انحراف.
المعلمة م = 80 كجم، R = 0.2 م، والسيد = مل = 3 كيلوغرام، يتم استبدال و = 0.3 م، L = 0.8 متر إلى نموذج نظام المعادلة. تصميم وحدة تحكم السرعة عن طريق تكوين قطب، وحدد القطب هو ص = [- 2، -2] حساب المعلمات ردود الفعل ك = [- 2،5922، -2.0907]. وأخيرا، من أجل بناء ADRC أنظمة مراقبة المركبات التوازن الذاتي، التي نفذت لمختلف المستخدمين للسيطرة على جوهر مكافحة التشويش اثنين، وتحويل وتشغيل وإيقاف الاختبار، ومقارنة مع تأثير ADRC الكلاسيكية.
4 محاكاة وتحليل النتائج
إنشاء نموذج النظام وحزمة، وذلك باستخدام SIMULINK الأدوات لبناء ADRC ومركز السيطرة التوازن الذاتي ذات العجلتين منصة محاكاة السيارة، وكتب M المعلمات نظام التحكم في نقل الملفات. حالة محاكاة على النحو التالي: x في الحالة الأولية = [0،0،0،0] T هو الحالة التي يكون فيها، نظرا لزاوية أشعل النار من 0.1 إشارة راد، وعندما أضيف الاضطراب خطوة في المدى 4، و في 7 ق تحويل التعليمات المعطاة من قبل مركبة ذاتية التوازن. محاكاة لمختلف المستخدمين، أظهرت نتائج الاختبار في الشكل (3).
استجابة النظام الذي خط الصلبة هو م = 90، ونظام = 0.7 م منحنى استجابة L، الخطوط المنقطة وم = 90، والنظام في = 1 م منحنى استجابة L، يمثل خط كسر م = 80، L = 1 م منحنى. . من الرسم البياني محاكاة FIG 3: عندما يعطى إشارة زاوية، في 0.2 ثانية في نظام صلت إلى الدولة المطلوب من التوازن، ويحدث عندما اضطراب خطوة، ونظام يمكن أن تستجيب بسرعة، ومرة أخرى في غضون 0.8 الصورة التوازن. عند الاقتراب من المجرى سرعة السيارة وسرعة أكثر من 4 ق، لتحقيق بداية سلسة من السيارة، وعندما يحدث اضطراب خطوة، وسرعة السيارة في 0.8 الصورة للوصول إلى حالة مستقرة مرة أخرى. 7 الصورة في إعطاء إشارة يسارا، والحق سرعة عجلة أسرع من سرعة العجلة اليسرى وجسم السيارة لتحقيق يسارا، يمينا يتحقق بالمثل.
مع ADRC الكلاسيكية التجارب المقارنة، إشارة إلى الأمام معين من 0.7 راد الساعة الصفر، محاكاة حالة حيث المسافة الوسطى من 0.7 متر، و 90 كغم من كتلة المستخدم، نتائج المحاكاة هو مبين في الشكل. كما يمكن أن يرى، تقريبا متطابقة إلى زمن الاستجابة للنظام، من تقلبات الكلاسيكية المضادة للرفض السيطرة في منحنى استجابة الكلي لوضع التوازن السعة الصغيرة، وتأثير السيطرة على الفرق في السرعة، وهو يفضل خطية من استقرار النظام تحت سيطرة الحصانة ، على نحو سلس نسبيا منحنى الاستجابة.
5 ملخص
وأظهرت النتائج أن في LADRC الأساسية مع نظام الاحالة القطب قدم هنا أن موازنة نظام مركبتين على التكيف مع مختلف المستخدمين، وجود استجابة سريعة وسيطرة قوية ومستقرة من التجاوز صغير، تحقيق التأثير المطلوب. في هذه الورقة، ومنصة الأجهزة لتحقيق هذه الأخيرة وضعت الأساس النظري، لها اهمية معينة.
مراجع
[1] شو جيان قوه Zhaoqin، LEE T H.Design وتنفيذ وحدة تحكم المنطق الضبابي takagisugenotype على الروبوت المتحرك twowheeled [J] المعاملات .IEEE على الإلكترونيات الصناعية، 2013،60 (12): 5717-5728.
[2] روان شياو قانغ، تساى شيان، لي شين يوان، وما إلى ذلك التوازن الذاتي بحوث الروبوتات وتصميم [M] بكين: دار العلوم، 2006.
[3] وي ون، قسم الشرق تشن، عالية الدقة طويلة، دمج البيانات، وما شابه ذلك استنادا الى اثنين من نظام السيطرة على السيارة [J] التكنولوجيا الالكترونية، 2013،39 (5) التوازن الذاتي: 79-80.
[4] ليانغ ون يو تشو هوى شينغ، CAO رونغ مين، وغيرها من نظام تحكم التوازن الذاتي ذات العجلتين للمراجعة البحوث المأهولة [J] هندسة التحكم، 2010،17 (S2) :. 133-144.
[5] MADERO V، ARACIL J، غورديو F.A قانون الرقابة غير الخطية لtwowheeled selfbalanced vehicles [C] .Melecon IEEE المؤتمر Electrotechnical البحر الأبيض المتوسط 2010: 1557-1562.
[6] MADDAHI A، SHAMEKHI A H، تحكم الغفاري A.A lyapunov للمركبات selfbalancing twowheeled [J] .Robotica، 2014،33 (1): 1-15.
. [7] فانغ لو تشى قانغ، وتشن الصلب [J] MATLAB محاكاة التحكم في العمليات القائمة على CSTR ITS APPLICATIONS، 2016،35 (10): 5-7.
[8] Tuyun وو والقذائف، وتشانغ Peiren، الخ النمذجة والمحاكاة ومراقبة توازن من [J] مجلة نظام المحاكاة، 2004، 4 (16): 839-841.
[9] هو جين فنغ يان الصلب التوازن الذاتي مركبة القائم ADRC اثنين من خوارزميات [J] الهندسة الكهربائية، 2014،31 (2): 160-163.
[10] هان Jingqing ADRC تطبيقه [J] والسيطرة القرارات، 1998،13 (1): 19-23.
. [11] تشنغ تشينغ، قاو ليندا، قاو تشى تشيانغ في التحقق من صحة مراقب الدولة الموسعة من خلال التحليل والتجريب [J] .Journal من ديناميك لأنظمة القياس والتحكم، 2012، 134 (2): 224-240.
