Hierarchiczny system sterowania dwukołowym balansującym pojazdem mobilnym

Pojazdy mobilne są projektowane i rozwijane od kilkunastu lat. W artykule opisano dwukołowy balansujący pojazd mobilny. Zastosowane rozwiązania mechaniczne i elektroniczne są jego cechami charakterystycznymi. Ponadto sposób kierowania pojazdem jest nietypowy i polega na pochylaniu się w danym kierunku, a zmiany kierunku jazdy dokonuje się za pomocą drążka kierowniczego. W celu opracowania algorytmów sterowania koniecznym okazało się przygotowanie sygnałów pomiarowych (filtracja i fuzja), co zrealizowano wykorzystując dyskretny filtr Kalmana. Następnie zaprojektowano dedykowany hierarchiczny system sterowania. W warstwie nadrzędnej wykorzystano adaptacyjny regulator PID, a w warstwie podrzędnej kaskadowy układ regulacji. Przeprowadzono badania testowe zaproponowanego rozwiązania uzyskując obiecujące wyniki.

Mobile vehicles have been designed and developed for a dozen or so years. The works related to the modern forms of transport are intensively carried out throughout the world. This paper presents a two-wheeled self balancing mobile vehicle. The final result of the project developed is shown in Figures 2-4. A detailed description of the vehicle is presented in [3]. The used mechanical and electronic solutions are characteristic for this type of vehicle. Furthermore, the type of control is atypical and it requires the inclination in the given direction, while the change of the travelling direction is made by means of a steering wheel. The self balancing wo-wheeled mobile vehicle is an unconventional approach to the classical form of mobile vehicles. Small dimensions slightly exceeding those of a standing man help navigate e.g. in a crowd, and only two supporting points provide mobility. To develop control algorithms, it was necessary to prepare measuring signals (filtering and fusion), which was carried out with use of the discrete Kalman filter (Section 3). Next, a hierarchical control system was designed (Section 4). There was used an adaptive PID controller for the upper control level and a cascade control system for the lower control level. There were performed investigations of the control system and the results obtained, presented in Section 5, are promising.