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基于智能型个人交通工具(iPT)的结构和倒立摆系统理论,构建智能型个人交通工具的动态模型,并从中推导出其状态方程。同时,基于系统状态方程研究了线性二次型控制器(LQR)方法。通过仿真分析,验证了LQR方法能够实现对系统状态变量的稳定性的有效控制,从而达到iPT自平衡的目的。智能个人交通工具是一个由单轮或两轮构成的交通工具,一般由锂电池供电,独立电机驱动。基于节能和多样化为主导思想的设计理念,并全面采用电子控制技术、嵌入式传感器技术和信息处理技术,它以小型化、轻型化被社会各个群体所普遍接受。在本文中,以左右并行布置结构的两轮车作为研究对象,以其自主平衡行驶为控制目标,并研究了控制器的设计方法以及各个控制参数的确定,从而满足iPT实际驾驶性能需求。本文在广泛阅读国内外相关文献的基础上,阐述了进行智能型个人交通工具研究的意义和重要性,同时对其典型的系统动力学模型的构建、控制算法的选择、结构优化设计和仿真分析等问题进行了研究,其主要内容具体总结如下:1)综述了国内外研究现状和研究意义综述了智能型个人交通工具国内外研究现状,阐述了本文研究的背景和意义,并结合研究现状进行分析,提出了本文研究的技术路线。2)数学模型的建立智能型个人交通工具数学模型的建立是对其进行系统动力学仿真的基础。本文阐述了智能型个人交通工具的简化机理,将其理想化为倒立摆系统。首先对轮子和摆杆(即车载人体)单独进行建模分析,然后将两部分联立。本文应用牛顿力学公式建立的模型中,建模过程虽然繁杂,但是可以清晰观察到每个作用力对于iPT系统的实际影响,便于进一步分析,并且方便系统的改进工作的进行。3)控制算法研究自动控制系统最重要的特性莫过于它的稳定性。本文简介了最优控制理论的发展历程,应用李雅普诺夫对所构建的智能交通工具的数学模型进行了稳定性分析。同时,应用能观性和能控性判定矩阵对所构建的智能型个人交通工具的数学模型进行了能观性和能控性分析。另外,对本文所使用的线性二次型调节器(LQR)原理进行了介绍。4)仿真模型的构建和仿真结果分析对智能型个人交通工具的仿真环境、仿真模型构建的方法和步骤进行了简单介绍。另外,根据所构建的智能型个人交通工具的数学模型,应用MATLAB/Simulink工具和线性二次型调节器(LQR)方法,对其进行了仿真模型的搭建。同时,对iPT模型进行仿真结果分析,通过以上模型的仿真曲线及仿真结果,表明所使用的控制算法能够有效地控制iPT的位移、速度、上下摆杆的角位移及角速度等状态变量。5)结构设计及其优化本文阐述了UG三维实体建模构建的常用术语及具体步骤,对现有的代步工具结构设计的不足进行了总结,从而提出本文采用的设计理念。然后对iPT所用到的典型硬件进行了选取,如车体材料、电池类型、电机类型等。同时,利用三维建模技术,基于力学分析方法完成智能型个人交通工具整体结构设计。本文在利用三维建模技术对智能型个人交通工具进行三维建模的基础上,建立其数学模型,使用LQR方法对系统的线性化状态方程进行稳定性控制。并应用MATLAB软件进行仿真,从仿真结果的分析中找出最优反馈,以实现系统的稳定性指标能够符合预期要求。对智能型个人交通工具的系统动力学模型、控制算法的选取、仿真分析及其结构设计优化等问题进行了深入研究,为指导实际智能型个人交通工具的进一步研究提供了理论指导和方法支持。