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专利号: 2016102186269
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-09-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种带有未知滞环的小车倒立摆系统积分滑模控制方法,其特征在于:所述控制方法包括以下步骤:步骤1,建立倒立摆系统的模型,初始化系统状态以及控制参数,所述的倒立摆系统能描述为:其中

其中x1=θ, y=x(t)∈R,u(t)∈R分别表示系统状态,倒立摆状态和倒立摆控制信号;θ表示位置,m表示倒立摆质量,mc表示小车质量,l表示倒立摆长度,d(t)表示未知干扰,H(u)表示滞环,即H(u)=μ1u+μ2ζ,其中μ1,μ2是符号相同的常数;

步骤2,将倒立摆模型转变为更适宜自适应扩张状态观测器设计的形式,过程如下:

2.1,将式(2)转换成如下形式:其中,

2.2,令a0=a(x)+Δbu,Δb=g0-b0,其中b0为g0的估计值,基于扩张状态观测器的设计思想,通过定义扩展状态x3=a0,则式(3)改写为以下等效形式:其中,

步骤3,设计滤波器,过程如下:令yi=η0,i+g0η1,i+εi,i=1,2,3分别为式(4)中状态变量xi的观测值,定义观测误差为yi-xi,则自适应扩张状态观测器表达式为:其中,k1,k2,k3均为增益向量,且步骤4,基于扩张状态观测器,设计滑模控制器,过程如下:

4.1,定义跟踪误差e为e=y1-yd    (8)其中yd为期望轨迹;

4.2,根据式(8),设计如下滑模面:s1=e+λ∫edt    (9)其中,λ为控制参数,λ>0;

对(8)和(9)求导得到:由(5)和(6)的定义得:将(11)代入(10),得到:

4.3设计虚拟控制率:其中N1(φ)是满足如下性质的函数:其中φ满足

其中γφ是整数;

是虚拟控制量,表达式为:其中c1,d1为大于零的常数;

4.4定义误差

s2=η1,2-α1    (17)将(17)代入(12)得:

4,5设计李雅普诺夫函数:其中矩阵P0满足:

P0A0+A0P0=-I    (21)计算(19)的微分,得到:

4.6计算(17)的微分,得到:

4.7设计控制率

其中c2,d2是大于零的实数;

设计自适应率

其中 Γ是大于零的常数;

4.8设计李雅普诺夫函数其中误差

对(26)微分,得到其中σ是大于零的常数,如果 则系统是稳定的。