[发明专利]自平衡车辆及其静态平衡控制方法、装置、介质及设备

权利要求书

1.一种自平衡车辆的静态平衡控制方法，其特征在于，所述自平衡车辆包括动量轮和动量轮电机，所述动量轮电机用于驱动所述动量轮转动，所述静态平衡控制方法包括：

获取根据所述自平衡车辆的动力学特性构造的动力学模型，以及根据所述动量轮电机的物理特性构造的物理模型；

获取所述动量轮的转动角度和所述自平衡车辆的姿态角，所述姿态角是所述自平衡车辆的车身与重力方向之间的夹角；

基于所述动力学模型和所述物理模型，以及所述动量轮的转动角度和所述自平衡车辆的姿态角，计算在维持所述自平衡车辆处于静态平衡状态所需的控制参数；

基于所述控制参数对所述动量轮电机进行控制。

2.根据权利要求1所述的自平衡车辆的静态平衡控制方法，其特征在于，基于所述动力学模型和所述物理模型，以及所述动量轮的转动角度和所述自平衡车辆的姿态角，计算在维持所述自平衡车辆处于静态平衡状态所需的控制参数，包括：

将所述动力学模型和所述物理模型进行融合，生成针对所述自平衡车辆的综合模型；

根据所述动量轮的转动角度和所述自平衡车辆的姿态角，以及所述综合模型，确定用于对所述动量轮电机进行控制的控制矩阵；

基于所述控制矩阵，确定所述控制参数。

3.根据权利要求2所述的自平衡车辆的静态平衡控制方法，其特征在于，将所述动力学模型和所述物理模型进行融合，生成针对所述自平衡车辆的综合模型，包括：

将所述物理模型的模型参数传递至所述动力学模型中，生成包含有所述动量轮电机的物理参数的第一模型，将所述第一模型作为针对所述自平衡车辆的综合模型；或者

将所述物理模型的模型参数传递至所述动力学模型中，生成包含有所述动量轮电机的物理参数的第一模型，将所述第一模型中的输入参数调整为所述动量轮电机的力矩，以生成不包含所述动量轮电机的物理参数的第二模型，将所述第二模型作为针对所述自平衡车辆的综合模型。

4.根据权利要求3所述的自平衡车辆的静态平衡控制方法，其特征在于，所述动力学模型对应的方程组包括：

所述物理模型对应的方程组包括：

将所述物理模型的模型参数传递至所述动力学模型中，生成的所述第一模型对应的方程包括：

其中，；；表示自平衡车辆除动量轮之外的重量；表示动量轮的重量；表示自平衡车辆的重心高度；表示动量轮的高度；表示自平衡车辆除动量轮之外的转动惯量；表示动量轮的转动惯量；表示所述姿态角；表示对姿态角求导得到的姿态角速度；表示对姿态角速度求导得到的姿态角加速度；表示动量轮的转动角度；表示对动量轮的转动角度求导得到的动量轮的角速度；表示对动量轮的角速度求导得到的动量轮的角加速度；表示重力加速度；表示在忽略摩擦力条件下动量轮电机提供的力矩；表示动量轮电机的电压；和分别表示动量轮电机的电枢线圈的电感和电阻；表示动量轮电机的电流；表示动量轮电机的反电磁力；表示动量轮电机的角速度，；表示动量轮电机产生的扭矩；表示电机扭矩常数；表示动量轮电机与动量轮之间的传动比；所述第一模型的输出参数包括。

5.根据权利要求4所述的自平衡车辆的静态平衡控制方法，其特征在于，将所述第一模型中的输入参数调整为所述动量轮电机的力矩，生成的所述第二模型对应的方程包括：

其中，所述第二模型的输出参数包括。

6.根据权利要求2所述的自平衡车辆的静态平衡控制方法，其特征在于，根据所述动量轮的转动角度和所述自平衡车辆的姿态角，以及所述综合模型，确定用于对所述动量轮电机进行控制的控制矩阵，包括：

将所述综合模型转换为状态空间表达式；

根据反馈控制方程及所述状态空间表达式，生成用于求解所述反馈控制方程中包含的控制矩阵的目标方程式；

基于所述反馈控制方程所包含的输入参数及输出参数构建损耗函数；

在所述损耗函数的值达到最小值时，求解所述目标方程式得到所述控制矩阵。