考虑车轮纵向滑动的无人自行车平衡控制实现

来源：信息与控制杂志2022年第5期北京时间：

作者：庄未, 杨继伟, 黄用华, 康文杰

摘要：针对无人自行车在出现车轮纵向滑动下的平衡控制问题，提出一种将自行车车轮纵向滑动引入控制器的方法来实现在一定程度车轮纵向滑动下的无人自行车平衡运动控制。首先引入一种自行车线性变参数(linearparameter-varying，LPV)动力学模型，其次将卡尔曼滤波算法估算的自行车质心线速度作为变参数带入LPV模型中，最后根据引入了车轮滑动因素的LPV模型设计降阶滑模控制器以消除车轮纵向滑动对无人自行车平衡运动的影响。仿真结果表明：当车轮发生小于70%的纵向滑动，降阶滑模控制器能够有效校正自行车的横滚角。样机实验结果进一步证明：降阶滑模控制器能够控制无人自行车分别在车轮纵向滑动较小的水泥地(约8%纵向滑动的)和滑动较大的湿滑草地上(约40%纵向滑动)进行平衡运动。

关键词：无人自行车, 平衡控制, 车轮滑动, 降阶滑模, 卡尔曼滤波