(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210622560.5 (22)申请日 2022.06.01 (71)申请人 桂林电子科技大 学 地址 541004 广西壮 族自治区桂林市广西 桂林七星区金鸡路1号 (72)发明人 庄未　杨海洋　黄用华　梁子彦　 黄美发　刘夫云　马玄　钟永全　 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种无人自行车几何结构参数优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种无人自行车几何结构参 数 优 化 方 法 ，首 先 建 立 线 性 变 参 数 (linearvariable  parameter， LPV)力学模型， 并 将其写为状态方程的形式， 求得状态 转移矩阵的 特征值， 以无人自行车平衡稳定速度范围最大为 目标， 然后通过分析状态转移矩阵特征值负实部 与待优化参数取值的关系， 求得目标下的最优参 数。 并以无人自行车轴距、 车把前倾角、 后偏距、 车轮半径 等多种几何结构参数为例， 在零动态和 以PD控制器控制两种情况下， 得到了相应的优化 结果， 最后结合数据和图像对比验证了优化结果 的可靠性。 本发 明充分考虑了无人自行车几何结 构参数对其平衡稳定速度范围的影 响， 在相同条 件下， 本发 明的优化结果能够 有效提高无人自行 车平衡稳定速度范围， 即实现了对 无人自行车几 何结构参数的优化。 权利要求书2页 说明书10页 附图9页 CN 114880781 A 2022.08.09 CN 114880781 A 1.一种无 人自行车几何结构参数优化方法， 其特 征是， 包括步骤如下： 步骤1、 建立无 人自行车LPV模型： 选取状态变量， 将LPV模型表达式写为状态方程的形式， 得到状态转移 矩阵： 1)当无人自行车处于零动态时， 以矩阵A为状态转移 矩阵； 2)当无人自行车处于PD控制器控制时， 以矩阵A*为状态转移 矩阵； 步骤2、 确定要优化的几何结构参数和约束条件， 求解状态转移矩阵特征值， 以无人自 行车平衡稳定 速度范围最大为目标； 步骤3a、 当无人自行车处于零动态时， 通过分析其状态转移矩阵A的特征值负 实部与待 优化参数的取值关系， 求得目标 下的最优参数； 步骤3b、 当无人自行车处于PD控制器控制时， 通过分析其状态转移矩阵A*的特征值负实 部与待优化 参数的取值关系， 求得目标 下的最优参数； 步骤4、 验证优化结果的可靠性。 2.根据权利要求1所述的一种无人自行车几何结构参数优化方法， 其特征是， 步骤1中 借助LPV模型来分析研究多种几何结构参数对无 人自行车平衡稳定 速度范围的影响。 3.根据权利要求1所述的一种无人自行车几何结构参数优化方法， 其特征是， 步骤1中 通过将LPV模型写 成状态方程的形 式， 然后在 步骤2中对矩阵A(A*)特征值实部进行分析， 来 判断相应参数 下无人自行车是否可以实现自平衡运动。 4.根据权利要求1所述的一种无人自行车几何结构参数优化方法， 其特征是， 步骤2中 通过分析矩阵A(A*)特征值负实部与待优化参数取值关系， 求取无人自行车最大的平衡稳 定速度范围具体步骤如下： 1)令待优化参数和速度分别在omin～omax和vmin～vmax范围内以固定步长变化， 分别存在 数组o和数组v中； 2)求矩阵A(A*)的特征值， 并将四个特 征值的实部取 出分别存在数组rRn(n ＝1～4)中； 3)找出矩阵A(A*)的四个特 征值实部均小于零时的位标存在数组num中； 4)找出四个特征值实部均小于零时对应的待优化参数和速度值位标， 分别存在数组p 和q中： 数组p中的各个元素p(i)由num(i)/l向上取整得到， 数组q中的各个元素q(i)＝num (i)‑(p(i)‑1)*l， 其中i＝1～j， j是数组num中元素的个数， 是速度v数组中 元素的个数； 5)找出数组p中各个待优化 参数位标的个数存在数组a a中； 6)找出数组aa中的最大值记为a amax； 7)找出数组aa中最大值aamax的位标并存在数组Vrow中， 并记数组Vrow中的最大值为权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114880781 A 2Vrowmax； 8)求数组a a中前Vrowmax‑1个元素的和记为b b； 9)找出无人自行车最大平衡稳定速度 范围中的最大速度和最小速度对应的位标， 分别 记为q1和q2： q1为数组q中第b b+aamax个元素， q2为数组q中第b b+1个元素； 10)分别取速度v数组中第q1个和第q2个元素记为v1和v2， vf＝v1‑v2即为无人自行车最 大的平衡稳定 速度范围。 5.根据权利要求1所述的一种无人自行车几何结构参数优化方法， 其特征是， 步骤3中 以无人自行车平衡稳定速度范围最大为目标时， 在零动态和以PD控制器控制两种情况下， 求此目标 下的最优参数 具体步骤如下： 1)令待优化参数和速度分别在omin～omax和vmin～vmax范围内以固定步长变化， 分别存在 数组o和数组v中； 2)求矩阵A(A*)的特征值， 并将四个特 征值的实部取 出分别存在数组rRn(n ＝1～4)中； 3)找出矩阵A(A*)的四个特 征值实部均小于零时的位标存在数组num中； 4)找出四个特征值实部均小于零时对应的待优化参数和速度值位标， 分别存在数组p 和q中： 数组p中的各个元素p(i)由num(i)/l向上取整得到， 数组q中的各个元素q(i)＝num (i)‑(p(i)‑1)*l， 其中i＝1～j， j是数组num中元素的个数， 是速度v数组中 元素的个数； 5)找出数组p中各个待优化的个数存在数组a a中； 6)找出数组aa中的最大值记为a amax； 7)找出数组aa中最大值a amax的位标并存在数组V row中； 8)取待优化 参数数组o中第V row个元素令为o*， o*即为最优参数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114880781 A 3