武汉大学肖晓晖获国家专利权
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龙图腾网获悉武汉大学申请的专利自适应重心调节两轮车平衡控制方法及系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120255561B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-26发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202510732877.8,技术领域涉及:G05D1/49;该发明授权自适应重心调节两轮车平衡控制方法及系统是由肖晓晖;张梦飞;林元誉;陈星宇;李帅刚;孟凡凯设计研发完成,并于2025-06-04向国家知识产权局提交的专利申请。
本自适应重心调节两轮车平衡控制方法及系统在说明书摘要公布了:本发明涉及自适应重心调节两轮车平衡控制方法及系统,包括在两轮车上设置主动式重心控制单元,所述主动式重心控制单元包括配重结构和驱动配重结构转动的调节电机,控制方法包括构建基于两轮车和配重结构的仿射非线性动力学模型,基于仿射非线性动力学模型和扰动建立自适应滑模控制器,通过自适应滑模控制器求解仿射非线性动力学模型以输出驱动配重结构的输入力矩,调节电机基于输入力矩驱动配重结构倾斜一定角度,以产生回正力矩使两轮车恢复平衡状态。本发明利用两轮车自身重量,根据两轮车车身侧倾角的变化自主调节两轮车重心,实现静止和干扰下的两轮车自平衡。
本发明授权自适应重心调节两轮车平衡控制方法及系统在权利要求书中公布了:1.一种自适应重心调节两轮车平衡控制方法,其特征在于,包括: 在两轮车上设置主动式重心控制单元,所述主动式重心控制单元包括配重结构和驱动配重结构倾斜的调节电机; 构建基于两轮车和配重结构的仿射非线性动力学模型; 基于仿射非线性动力学模型和扰动建立自适应滑模控制器,通过自适应滑模控制器求解仿射非线性动力学模型以输出配重结构的输入力矩; 调节电机基于输入力矩驱动配重结构倾斜一定角度,以产生回正力矩使两轮车恢复平衡状态; 仿射非线性动力学模型为: 其中,分别表示两轮车和配重结构的质量,分别表示两轮车和配重结构的长度,表示两轮车到欠驱动关节的距离,表示配重结构的重心到驱动关节的距离,分别表示两轮车和配重结构的转动惯量,为重力加速度,是两轮车的侧倾角,是配重结构相对两轮车转动的角度,为调节电机的输出力矩,为模型不确定性扰动,为外部扰动,表示两轮车的侧倾角的等效惯性项,表示两轮车的侧倾角与配重结构相对两轮车转动的角度之间的惯性耦合项,表示配重结构相对两轮车转动的角度的等效惯性项,为两轮车的侧倾角的重力力矩,为配重结构相对两轮车转动的角度的重力力矩,为车身的科里奥利力和离心力项,为配重结构的科里奥利力和离心力项、为车身的侧倾角速度、为配重结构的角速度、为车身的侧倾角加速度、为配重结构的角加速度,、、分别为函数中间变量; 建立自适应滑模控制器的方法为: 进行全局坐标变换将仿射非线性动力学模型对应的原状态系统经过微分同胚变换转化成新的级联形式系统,获取新的级联形式系统的动力学方程; 对新的级联形式系统的动力学方程设计平衡控制器,设置滑模面并基于平衡控制器建立自适应滑模控制器; 进行全局坐标变换将仿射非线性动力学模型对应的原状态系统经过微分同胚变换转化成新的系统状态,建立新的级联形式系统的动力学方程的方法为: 获取新的系统状态,具体为: 其中,为原系统状态,为新的级联形式系统状态,是耦合状态,是广义动量,和分别是配重结构的角度与速度,是核心变换函数,为拉格朗日函数,用于描述系统的能量特性,并通过偏导数运算得到系统的动力学特性; 获取新的级联形式系统的动力学方程,具体为: 其中,表示广义动量的重力力矩的负值,表示配重结构的速度的综合动态耦合项,为耦合模型不确定性扰动和外部扰动的总扰动; 其中,为等效质量耦合项。
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