运动型倒立摆系统控制的信号处理方法及智能自平衡车信号控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种运动型倒立摆系统控制的信号处理方法，对运动型倒立摆系统的状态信号的采集与处理，通过滤波处理与信号融合技术，提高倒立摆的工作的稳定性和可靠性，提高基于倒立摆系统的电动代步工具的驾乘稳定性、安全性和舒适性。本发明公开了一种智能自平衡车信号控制系统，包括电源系统、信号采集子系统、信号整理子系统、信号处理子系统和控制系统，通过滤波处理单元与信号融合单元，提高电气系统和机械系统的联合控制和信息反馈的能力，减少由于自平衡车运动中产生刚性干涉形成微小扰动，提高整车智能化程度，使自驾智能自平衡车实现更加方便、易用、舒适和平稳，降低软硬件控制策略的实现成本，提高了自平衡车的性能价格比。
【专利说明】运动型倒立摆系统控制的信号处理方法及智能自平衡车信号控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种移动机器人自动控制系统及其控制方法，尤其是涉及一种车辆的自主平衡控制系统和控制信号的处理方法，应用于倒立摆控制【技术领域】，适用于进行控制策略应用及开展各种控制实验平台，尤其适合应用于机器人辅助载人代步装置的控制领域，特别是适用于自平衡车，包括两轮车、单轮车、大轮车或小轮车，适用于环保出行、人类运输、室外健身、沙滩冲浪、便利助行、个性出行、警用巡逻、军队机动、移动摄像摄影、移动观摩、快速到达、小件运送、娱乐休闲、仪式仪仗、登临星球代步运输、星球表面探测和科学实验等智能设备的主动控制和自主机动【技术领域】，适用于广场、机场、高尔夫球场、会议展览中心、工业园区、高档社区、运动场馆、公园、城市林荫步道、非机动车道和地外星球表面等路面环境的交通工具智能控制使用。
【背景技术】
[0002]倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的、非线性系统，倒立摆的控制问题就是使摆杆尽快地达到一个平衡位置，并且使之没有大的振荡和过大的角度和速度。当摆杆到达期望的位置后，系统能克服随机扰动而保持稳定的位置。试验中应用的倒立摆通常为减少了影响因子，而抽象成为简单直线倒立摆和简单旋转倒立摆，这样使问题的研究实现了科学简化，为倒立摆系统在现实中应用于装置之中提供了条件，但倒立摆毕竟是一个复杂系统，尤其处于移动状态的倒立摆系统，其稳定性有关的信号控制更加繁复和不稳定。
[0003]现有的运动型倒立摆系统的平衡控制还存在问题:直线倒立摆只能沿着固定的轨道内移动，旋转倒立摆只能做固定原点的圆弧运动，这些倒立摆装置都需要加设限位装置及保护电路模块，增加了平衡控制算法的复杂程度，倒立摆系统移动的范围主要局限于固定的导轨或水平面范围内，与实际的生活中应用和工程应用不相符合，只能在实验室应用于科学实验和教学，很难走进人们的生活和工作中。
[0004]现有倒立摆的运动行程是有限制的，摆杆与电机轴间存在传动机构或悬臂，因而增加了控制的约束条件，使得一些算法在这些倒立摆系统上无法实现。两轮车倒立摆系统控制的实现非常困难，它除了保留以往倒立摆有关的稳定性、非线性和不确定性方面的研究内容外，还能增加许多用于保证高质量稳定性的控制难度。
【发明者】魏庆前, 应亦凡, 应卫强 申请人:上海创绘机器人科技有限公司