基于IMU/UWB的两轮自平衡车轨迹跟踪控制器设计与实现

来源期刊：控制与决策2019年第12期

论文作者：宁一高 岳明 许媛 于紫龙

文章页码：2635 - 2641

关键词：两轮自平衡车;自主运动控制;轨迹跟踪;非奇异终端滑模;线性二次型调节器;IMU/UWB;

摘    要：两轮自平衡车的精确轨迹跟踪技术是实现其自主运动控制的基础.为此,采用拉格朗日法建立两轮自平衡车的动力学模型,并据此提出基于非奇异终端滑模(NTSM)和线性二次型调节器(LQR)的两轮自平衡车轨迹跟踪控制器.在Matlab/Simulink环境下,对所设计的轨迹跟踪控制器进行性能仿真,结果显示,两轮自平衡车能够精确跟踪所给定的参考轨迹,初步表明了所提出轨迹跟踪控制器的有效性.在此基础上,使用STM32F103C8T6单片机,并结合惯性测量组件(IMU)和超宽带(UWB)定位技术对所设计的轨迹跟踪控制器进行硬件实现.实验结果表明,两轮自平衡车能够对给定的参考轨迹进行良好跟踪,横坐标偏差小于0.2 m,纵坐标偏差小于0.2 m,转向角偏差小于0.07 rad,车身倾角除了初始时的波动外均小于0.05 rad.