[发明专利]一种无人自行车控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种无人自行车控制方法及系统，建模得到自行车系统的动力学模型；对自行车系统的动力学模型进行线性化处理得到线性模型；采集车身倾斜角度与给定期望值的偏差以及自行车行驶速度，输入线性模型中得到车身倾斜角与把手转向角的单输入单输出模型，设计基于指数趋近律的自适应滑模控制器；根据自适应控制器求解得到把手转向角和自行车设定转速值，根据把手转向角通过步进电机控制自行车的前叉系统转向，使用FOC方法利用自行车设定转速值和自行车给定转速值的偏差调节电流控制电机的转速，实现自行车的自平衡控制。为无人自行车系统的设计与实现提供了一种思路，对系统中每个环节的处理确保了整个系统的可靠性和可行性。

技术领域

本发明属于无人驾驶智能控制技术领域，具体涉及一种无人自行车控制方法及系统。

背景技术

自行车作为一种使用最广泛的交通工具，具有结构简单、轻便灵活、易于操作、节能环保等优点。在没有外力支撑时自行车静止状态下无法保持直立，在行驶过程中，车速越慢自行车越难被控制，骑行者需要不断地左右转动车把使得车身不发生倾倒；反之，车速越快自行车越容易被骑行者控制不发生倾倒。并且自行车行驶速度越快，系统越不容易受到路况、风力等外界环境的影响而发生倾倒，具有一定的抗干扰能力。

无人驾驶自行车将传统自行车行驶结构与智能机器人技术结合，一方面保持了自行车简单的机械结构，继承了其体积小利用率高等优点；另一方面作为自动驾驶的智能交通工具，在自动避障、野外探险、灾区救援等方面拥有广阔的应用前景。

另外因其固有的非线性、非完整性和严重的非最小相位特性，自行车系统又可以作为一类非线性、非最小相位系统的研究对象，它为解决诸如时变、不确定性、运动控制和稳定控制等非线性系统问题提供了一种新的思路。因此，如何设计出一种无人自行车自平衡控制策略具有非常广阔的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种无人自行车控制方法及系统，提高了系统的响应速度，提升系统的稳定性和抗干扰性。

本发明采用以下技术方案：

一种无人自行车控制方法，包括以下步骤：

S1、对自行车系统进行建模，得到自行车系统的动力学模型；

S2、对步骤S1得到的自行车系统的动力学模型进行线性化处理得到线性模型；

S3、采集车身倾斜角度与给定期望值的偏差以及自行车行驶速度，输入步骤 S2的线性模型中得到车身倾斜角与把手转向角的单输入单输出模型，设计基于指数趋近律的自适应滑模控制器；

S4、根据步骤S3的自适应控制器求解得到把手转向角和自行车设定转速值，根据把手转向角通过步进电机控制自行车的前叉系统转向，使用FOC方法利用自行车设定转速值和自行车给定转速值的偏差调节电流控制电机的转速，实现自行车的自平衡控制。

具体的，步骤S1中，自行车系统的动力学模型具体为：

其中，为车身倾斜角加速度，φ为车身倾斜角度，g为重力加速度，h为质心高度，V为自行车行驶速度，l₂为前后轮着地点间的距离，l₁为后轮着地点与质心在水平面投影点的距离，θ为车把转向角度。

具体的，步骤S2中，线性模型具体为：

其中，为车身倾斜角加速度，φ为车身倾斜角度，g为重力加速度，h为质心高度，V为自行车行驶速度，l₂为前后轮着地点间的距离，θ为车把转向角度。

具体的，步骤S3中，根据线性模型，利用Lyapunov稳定性理论分别设计控制律和自适应律，分别对线性模型、控制律、自适应律和滑模函数进行离散化处理。