文献综述报告内容：（可另加页）
1.前言
两轮车机器人作为一种新型自行车机器人机构，因其对不同工作环境及任务的良好适应能力，受到了学者的广泛关注。研究结果表明，两轮车机器人是典型的欠驱动非完整约束系统，其具有静态不稳定而动态可稳定的特性。近年来，针对两轮车机器人稳定平衡的控制问题，常见控制方法有: PID、部分反馈线性化、神经网络、LQR方法及模糊滑模等。MENG 等利用部分反馈线性化方法进行了系统在Segway状态下的平衡控制仿真研究。华中科技大学的茅力非通过设计 LQR 控制器实现了两轮车机器人在直线运动和拐弯运动时的速度控制，给出了数值仿真实验验证。CUI等采用罗斯方法建立两轮车机器人自行车态和车把转角下的力学模型，并采用神经网络方法对系统进行了平衡运动控制仿真。阮晓钢等提出了非线性 PD 的姿态平衡 控制方法，实现了两轮机器人的运动平衡。CHI等采用模糊滑模控制器和自适应模糊滑模控制器设计了系统平衡控制器，仿真及实验结果表明，该控制器具有较强的鲁棒性。黄用华等采用部分反馈线性化方法完成了两轮车机器人物理样机的大量实验，包括自行车态和 segway 车态下的平衡控制、直线及圆周运动等。
电动自行车最初所用的直流有刷电机，控制结构简单、启动转矩大，但因采用电刷机械式换向，其使用寿命较短。随着电力电子技术的高速发展，采用功率开关管实现电子换向的无刷直流电机应运而生。无刷直流电机是对有刷直流电机的继承与发展，其保留了有刷电机机械性能良好、启动转矩大的特点，同时，具有结构简单、体积紧凑、 轻便可靠、维护方便、性能优良等优点，被广泛地应用在电动车上。无刷电机无机械换相器和电刷，故其换相需要电子换相电路，对电机的控制器技术要求较高，控制系统复杂。传统的 PID 控制己不能满足高精度场合的控制要求。近年来，各种先进的控制策略受到关注，如滑模变结构控制、鲁棒控制、参数自适应控制及自抗扰控制等。其中，滑模变结构控制因具有动态性能好、鲁棒性强、抗扰动性能好、设计简单等优点，被广泛应用于无刷直流电机控制系统中。
2.研究背景和意义
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;
(4)高标准的性能要求:由于系统复杂，导致控制目标的多样性和目标之间的矛
盾;
(5)控制理论应用数学化的倾向过于明显，物理意义、几何意义越来越不明显;
(6)各控制理论分支的研究进展趋于停止，交叉融合趋势明显;
(7)研究实验成本大幅度提高。
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(自行车、摩托车、两轮平衡车、独轮平衡车等)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。因为它的固有的非线性、非完整性和严重的非最小相位特性、自平衡车系统又可以用作为一类非线性、非最小相位系统的研究对象。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。
