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研究生: 楊百全
Bai-cyuan Yang
論文名稱: 以模糊滑動控制實現兩輪倒單擺之平衡控制
Two Wheeled Inverted Pendulum Balancing Control By Using Fuzzy Sliding Mode Control
指導教授: 黃緒哲
Shiuh-Jer Huang
口試委員: 陳亮光
Liang-kuang Chen
顏木田
Mu-Tian Yan
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 71
中文關鍵詞: FSMC兩輪式倒單擺數位訊號處理器陀螺儀
外文關鍵詞: FSMC, Digital Signal Processor, Gyroscope, Two-Wheeled Inverted Pendulum
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  • 本論文主要是設計與控制一個兩輪式倒單擺系統,採取數位訊號處理器(DSP) F2812為控制處理核心,整合了直流伺服馬達控制、陀螺儀訊號、馬達編碼器訊號擷取、濾波電路及其他電路訊號等。系統中以自行設計之橋式驅動電路控制直流伺服馬達,並以車身動態感測器(陀螺儀)來量測車身角速度及角度,運動控制則使用不需要系統模型且具有高強健性的模糊滑動控制器(FSMC)控制。
    經實驗結果證明,自行設計之橋式電路很成功的應用於直流伺服馬達,並以本實驗室所發展之滑動模糊控制器來控制不穩定、非線性之兩輪倒單擺系統具有初步穩定之效果。


    This thesis is to design and control a two-wheeled inverted pendulum(TWIP) system, using digital signal processor(DSP)F2812 for the control of processing core, integrated DC servo motor control、gyro signal、motor encoder signal capture、filter circuit and other circuit signals. In this system, using self-designed H-Bridge driver to drive DC motor, and dynamic sensor (gyroscope) to measure the chassis angular velocity and angle, motion control is using model-free and has a high robustness of the fuzzy sliding mode controller (FSMC).
    The experimental results show that self-designed H-Bridge driver was successfully applied to the DC servo motor, and the fuzzy sliding mode controller to control unstable、 nonlinear system of two-wheeled inverted pendulum has good performance.

    摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VI 表目錄 IX 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 研究動機與目的 5 第二章 系統架構 6 2.1 兩輪倒單擺本體硬體架構 8 2.1.1 傳動部分 9 2.2 DSP 控制核心 10 2.2.1 PWM模組介面 12 2.2.2 QEP模組介面 13 2.2.3 類比/數位轉換器(Analog-to-Digital Converter;ADC) 14 2.2.4 SCI模組介面(Serial Communication Interface) 15 2.3 馬達驅動電路 16 2.4 直流伺服馬達(含減速機構)、編碼器(encoder) 19 2.5 陀螺儀(Gyroscope) 21 2.6 電池與降壓電源 23 第三章 控制理論 24 3.1 模糊邏輯控制 25 3.1.1 模糊集合與隸屬函數 25 3.1.2 基本模糊控制器架構 26 3.2 滑動模式控制 31 3.2.1 滑動模式控制原理 31 3.2.2 滑動模式控制理論基礎 32 3.3 平滑化滑動模式控制理論基礎 35 3.4 模糊滑動模式控制 37 第四章 實驗結果與討論 41 4.1保持平衡 42 4.2平衡外加干擾力 46 4.3 實驗結果討論 49 第五章 結論與未來展望 50 5.1 結論 50 5.2 未來展望 51 參考文獻 52 作者簡歷 58

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