[发明专利]一种基于模型的自平衡无人驾驶自行车及其模型驱动的控制方法

摘要

本发明公开了一种基于模型的自平衡无人驾驶自行车及其模型驱动的控制方法，该自平衡无人驾驶自行车包括自行车、传感器模块、车把控制模块、车体中部控制模块和车体后部控制模块。该控制方法包括自平衡控制和无人驾驶控制两部分。自平衡控制基于自行车模型驱动，通过机理构建模型进行控制器设计，从而实现自行车的自平衡。无人驾驶控制根据目标运动状态，选择期望的自行车变量，实现自行车的无人驾驶。本发明的无人驾驶自行车通过耦合的控制方法可以在多种运动状态下具有自平衡功能，同时采用的是间接驱动的方法，并不需要对普通自行车进行进一步的改装，只需要将三个控制器模块安装在普通自行车上，就可以实现自行车的自平衡和无人驾驶。

主权项

1.一种基于模型的自平衡无人驾驶自行车，其特征在于，包括自行车、传感器模块、车把控制模块、车体中部控制模块和车体后部控制模块；所述传感器模块用于测量自行车变量，所述自行车变量包括自行车车把偏转角度α、自行车车体偏转角度β、自行车后轮转动角度所述车把控制模块位于自行车车把，通过重心调节机构调节车把的重心，实现车把偏转角度α的调节；所述车体中部控制模块位于自行车车体中部，通过重心调节机构调节车体中部的重心；所述车体后部控制模块位于自行车后部，通过重心调节机构调节车体后部的重心，通过旋转轮机构进行自行车后部的平衡控制和后轮旋转控制；通过后轮旋转控制实现自行车后轮转动角度的调节；所述车把控制模块、车体中部控制模块和车体后部控制模块各自的重心调节机构和车体后部控制模块的平衡控制，共同实现自行车车体偏转角度β的调节；以车把控制模块、车体中部控制模块和车体后部控制模块的控制变量为输入，以自行车变量为输出，建立自行车物理模型；以自行车物理模型的输出与期望的自行车变量为控制器的输入，以车把控制模块、车体中部控制模块和车体后部控制模块的控制变量为控制器的输出，建立控制器，不断修正期望的自行车变量与实际采集的自行车变量之间的偏差，实现无人驾驶自行车的平衡控制；根据目标运动状态，选择期望的自行车变量，实现自行车的无人驾驶控制。