一、论文来源的课题名称及类型：（属于国家、省、市、学校、自选中的哪一种？）

课题名称：基于滑模变结构的自行车机器人的算法研究

课题来源：自选

二、研究目的和意义：

自二十世纪四十年代美国数学家维纳创立控制论以来，经过无数学者卓有成效的工作，自动控制理论得到了长足的进步，成为了现代科学的一个重要分支，并且在航空、航天、工业自动化、电力系统、办公自动化、工业机器人、服务机器人等诸多领域得到越来越广泛的应用。随着科学技术的不断发展，人类实践领域的不断拓展。自动控制理论及其应用面临的对象、环境和任务日趋复杂。这种复杂性主要表现在以下几方面:

    (1)系统的结构和参数具有高维性、时变性、模糊性和高度非线性;

    (2)祸合性，多种参数、状态、干扰和控制之间存在着关联;

    (3)不确定性系统及其外部环境具有许多不确定性因素，这些因素还会随时间和空间的变化，而进行难以预料的变化;

这诸多难题，使得控制系统的分析和综合变得越来越困难。控制学者们为此做了大量的工作，提出各种各样的研究对象和控制方案。其中自平衡车以其独特的优点，得到了控制界学者的重视。自平衡车是一个典型的自然不稳定、时变、大范围非线性、祸合、不确定性、模型结构变化、协同运动等特性集于一体、造价低廉、易于实现的并具有非完整性限制的复杂系统，它一直被作为运动规划、非完整性系统的控制策略的研究对象。可以认为自平衡车是目前控制领域中集多种控制策略交叉融合有机集成的典型研究和实验对象之一，它为解决诸如时变、不确定性、运动控制和稳定性控制等非线性系统控制问题提供了一种新的思路。

 首先，为了能够正常工作，自行车机器人需要首先考虑控制车体平衡，否则它就会跌倒，此时诸如轨迹规划、避障等其它问题也就无从谈起;其次，作为一种欠驱动非完整约束系统，自行车机器人满足Brockett条件，即不存在连续光滑的状态反馈控制律将系统镇定在平衡点上，且不能采用非线性变换实现全部自由度线性化。

 所以，常见的用于全驱动机器人的控制方法通常难以直接应用到自行车机器人的控制系统中去，而必须另辟途径，依靠系统的动力学模型，通过车把、配重或者驱动轮之间的动力学藕合作用实现自行车机器人欠驱动侧向倾角的平衡控制。自行车机器人侧向倾角的平衡控制与常见的倒立摆有着很大的相似性，如果将自行车机器人当作一个整体，并且只考虑车体的平衡控制，则自行车机器人可以看成是一个单级的平面倒立摆系统。

自行车机器人是自行车行驶机构与智能控制结合的产物:一方面，这种机器人继承了自行车的优点，具有驱动关节少、能源利用率高、续航能力强以及故障率低等特点;另一方面，作为一种无人驾驶的双轮智能交通工具，自行车机器人在娱乐表演、快递物流、野外探险等方面具有广阔的应用前景。因此，自行车机器人的研究具有广泛的工程应用价值。

综上所述，开展自行车机器人的研究是一项既有理论意义又有实用价值的工作。