WHEELTEC IP570 STM32 Project

STM32 register-level project for the WHEELTEC IP570 linear inverted pendulum.

Structure

• USER/: application logic and controller modules
• BALANCE/: balance control, observers, filters, device logic
• HARDWARE/: board peripherals and drivers
• SYSTEM/: system support code
• third_party/daqp/: DAQP quadratic programming solver

现状（待补充数据）

硬件条件

• 导轨长度约50cm，电压输出死区约+-1.3v（上限+-11.5v）

状态观测器

• 板载仿真以1000hz跑在每个循环的开始，对本帧状态进行预测。
• 状态估计采用2个卡尔曼滤波，以1000hz的频率进行预测和更新，使用板载仿真值作为预测值。

控制器（PID）

• 位置控制和角度控制并行运行PID，目前能稳定但是没有仔细参数整定及测试性能指标。暂时不在调整PID参数上花费太多时间。

控制器（LQR）

• LQR控制目前负责全状态反馈，同时稳定位置和角度，根据MATLAB仿真设置的增益，更新频率为200hz。
• 性能：位置跟踪，上升时间 0.35s，超调 7.5%，稳态误差 2.5%。

控制器（外环MPC+内环SMC）

• MPC和SMC目前是配合使用，MPC负责位置环输出目标角度给SMC做内环角度控制，MPC为20hz，SMC为200hz。SMC有效控制了抖动，跟踪性能一般（角度跟踪上升时间0.3s）。
• 性能：位置跟踪，上升时间 1.5s，超调 5%，稳态误差 5%。
• 目前存在问题 1. SMC仿真和实际运行的带宽有接近3倍差距。 2. 位置跟踪缓慢，稍微降低R则会产生明显震荡。
• 目前思路 1. 一定要把仿真和实际为什么不同找到。 2. 计算理论性能上限是多少。3.MPC预测与实际差距有多大。

控制器（L1）

• 计划是与SMC并联，以测试在磁铁侧面吸附摆杆产生一个额外干扰力矩时的稳定性，因后续经过查资料L1在实际工程中因为较难验证确定性使用并不广泛而暂停推进。
• 目前存在的问题 1. 目前使用的L1是对电压进行补偿，在我的导轨长度比较短+磁铁比较重的情况，无法进行验证。
• 目前思路 1. 改成对目标角度进行补偿，如果还是保持目标角度theta为0，则为了保持力矩平衡小车一定会有横向的加速度，在现实中这个方案无法达到稳态。

后续计划

• H-Inf
• SMC+NDOB
• ADRC