基于模型预测控制的双轮平衡轮椅轨迹跟踪

为实现双轮平衡轮椅的自主循迹出行,根据欧拉-拉格朗日方程建立双轮平衡轮椅的动力学模型,通过差动几何模型建立运动关系,采用Pure Pursuit算法规划系统的目标运动状态,分别采用模型预测控制(model predictive control,MPC)及线性二次型最优控制(linear quadratic regulator,LQR)对双轮平衡轮椅进行平衡控制及运动状态追踪。通过软件Simulink搭建双轮平衡轮椅控制仿真系统,验证双轮平衡轮椅系统分别采用LQR和MPC控制器时的轨迹跟踪效果及跟踪平稳性。仿真结果表明:MPC控制器的动态响应速度较LQR控制器快,MPC控制器作用下车体能快速恢复稳定状态;轨迹跟踪时,MPC控制器在启动转向及终点位置对车体倾角及速度的稳定控制优于LQR控制器。