武漢大學肖曉暉獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉武漢大學申請的專利自適應重心調節兩輪車平衡控制方法及系統獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN120255561B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-26發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202510732877.8,技術領域涉及:G05D1/49;該發明授權自適應重心調節兩輪車平衡控制方法及系統是由肖曉暉;張夢飛;林元譽;陳星宇;李帥剛;孟凡凱設計研發完成,并于2025-06-04向國家知識產權局提交的專利申請。
本自適應重心調節兩輪車平衡控制方法及系統在說明書摘要公布了:本發明涉及自適應重心調節兩輪車平衡控制方法及系統,包括在兩輪車上設置主動式重心控制單元,所述主動式重心控制單元包括配重結構和驅動配重結構轉動的調節電機,控制方法包括構建基于兩輪車和配重結構的仿射非線性動力學模型,基于仿射非線性動力學模型和擾動建立自適應滑模控制器,通過自適應滑模控制器求解仿射非線性動力學模型以輸出驅動配重結構的輸入力矩,調節電機基于輸入力矩驅動配重結構傾斜一定角度,以產生回正力矩使兩輪車恢復平衡狀態。本發明利用兩輪車自身重量,根據兩輪車車身側傾角的變化自主調節兩輪車重心,實現靜止和干擾下的兩輪車自平衡。
本發明授權自適應重心調節兩輪車平衡控制方法及系統在權利要求書中公布了:1.一種自適應重心調節兩輪車平衡控制方法,其特征在于,包括: 在兩輪車上設置主動式重心控制單元,所述主動式重心控制單元包括配重結構和驅動配重結構傾斜的調節電機; 構建基于兩輪車和配重結構的仿射非線性動力學模型; 基于仿射非線性動力學模型和擾動建立自適應滑模控制器,通過自適應滑模控制器求解仿射非線性動力學模型以輸出配重結構的輸入力矩; 調節電機基于輸入力矩驅動配重結構傾斜一定角度,以產生回正力矩使兩輪車恢復平衡狀態; 仿射非線性動力學模型為: 其中,分別表示兩輪車和配重結構的質量,分別表示兩輪車和配重結構的長度,表示兩輪車到欠驅動關節的距離,表示配重結構的重心到驅動關節的距離,分別表示兩輪車和配重結構的轉動慣量,為重力加速度,是兩輪車的側傾角,是配重結構相對兩輪車轉動的角度,為調節電機的輸出力矩,為模型不確定性擾動,為外部擾動,表示兩輪車的側傾角的等效慣性項,表示兩輪車的側傾角與配重結構相對兩輪車轉動的角度之間的慣性耦合項,表示配重結構相對兩輪車轉動的角度的等效慣性項,為兩輪車的側傾角的重力力矩,為配重結構相對兩輪車轉動的角度的重力力矩,為車身的科里奧利力和離心力項,為配重結構的科里奧利力和離心力項、為車身的側傾角速度、為配重結構的角速度、為車身的側傾角加速度、為配重結構的角加速度,、、分別為函數中間變量; 建立自適應滑模控制器的方法為: 進行全局坐標變換將仿射非線性動力學模型對應的原狀態系統經過微分同胚變換轉化成新的級聯形式系統,獲取新的級聯形式系統的動力學方程; 對新的級聯形式系統的動力學方程設計平衡控制器,設置滑模面并基于平衡控制器建立自適應滑模控制器; 進行全局坐標變換將仿射非線性動力學模型對應的原狀態系統經過微分同胚變換轉化成新的系統狀態,建立新的級聯形式系統的動力學方程的方法為: 獲取新的系統狀態,具體為: 其中,為原系統狀態,為新的級聯形式系統狀態,是耦合狀態,是廣義動量,和分別是配重結構的角度與速度,是核心變換函數,為拉格朗日函數,用于描述系統的能量特性,并通過偏導數運算得到系統的動力學特性; 獲取新的級聯形式系統的動力學方程,具體為: 其中,表示廣義動量的重力力矩的負值,表示配重結構的速度的綜合動態耦合項,為耦合模型不確定性擾動和外部擾動的總擾動; 其中,為等效質量耦合項。
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