利索能及
我要发布
收藏
专利号: 202511446658X
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.基于参数不确定倒立摆系统的区间二型模糊滑模控制方法,其特征在于,包括:基于倒立摆系统的物理动力学,建立包含钟摆的质量和车的质量的参数不确定倒立摆系统的动态方程;

根据参数不确定倒立摆系统的动态方程,利用预设的模糊逻辑规则针对钟摆的质量和车的质量之间的参数不确定性构建区间二型T‑S模糊模型;

基于区间二型T‑S模糊模型构造参数不确定倒立摆系统的滑模控制器,所述滑模控制器包括表征系统状态偏离平衡点程度的滑模面、等效控制器、切换控制器和综合控制器;

将滑模面作为区间二型T‑S模糊模型的唯一输入变量,利用预设的模糊逻辑规则,根据滑模面的实时状态自适应调整切换增益的值,通过区间二型T‑S模糊模型的推理过程将滑模控制器中的固定切换增益优化为自适应调整后的切换增益,将所述滑模控制器优化为区间二型模糊滑模控制器。

2.根据权利要求1所述的基于参数不确定倒立摆系统的区间二型模糊滑模控制方法,其特征在于,所述根据参数不确定倒立摆系统的动态方程,利用预设的模糊逻辑规则针对钟摆的质量和车的质量之间的参数不确定性构建区间二型T‑S模糊模型,包括:根据参数不确定倒立摆系统的动态方程,将钟摆的质量和车的质量作为不确定性参数,基于钟摆的角位移、钟摆的长度以及强加于车的外力,建立参数不确定倒立摆系统的动态方程;

根据参数不确定倒立摆系统的动态方程,基于预设的模糊逻辑规则针对不确定性参数建立区间二型T‑S模糊模型。

3.根据权利要求2所述的基于参数不确定倒立摆系统的区间二型模糊滑模控制方法,其特征在于,所述参数不确定倒立摆系统的动态方程表示为:;

式中, 表示钟摆在当前时刻 的角加速度,表示重力加速度, 表示正弦函数,表示当前时刻 钟摆的角速度, 表示当前时刻 钟摆的角位移, 表示钟摆的长度, 表示余弦函数, 表示当前时刻 强加于车的外力, 表示质量系数,,其中, 表示钟摆的质量, 表示车的质量;

第条模糊逻辑规则表示为:

如果 是 ,且 是 , 表示第1条模糊逻辑规则级下状态向量,表示第2条模糊逻辑规则级下状态向量,则模糊逻辑规则级下状态向量 的时间导数 表示为:;

式中, 表示第 1个输入变量对应的第 条模糊逻辑规则, 表示第2个输入变量对应的第条模糊逻辑规则, 表示第条模糊逻辑规则的状态矩阵,,表示转置, 表示第 条模糊逻辑规则的输

入矩阵;

所述区间二型T‑S模糊模型表示为:

式中, 表示区间二型T‑S模糊模型, 表示第 条模糊逻辑规则的触发强度,取值范围为 [0,1], 表示第 条模糊逻辑规则触发强度的下界函数与对应权重函数的乘积,其中, 表示第 条模糊逻辑规则触发强度的下界函数,表示第 条模糊逻辑规则触发强度的下界函数对应的权重函数,表示第条模糊逻辑规则触发强度的上界函数与对应权重函数的乘积,其中, 第 条模糊逻辑规则触发强度的上界函数, 表示第 条模糊逻辑规则触发强度的上界函数对应的权重函数;

第条模糊逻辑规则的触发强度区间表示为:

式中, 表示第 条模糊逻辑规则的触发强度区间, 表示区间二型T‑S模糊模型的模糊逻辑规则的总数,取值为4。

4.根据权利要求3所述的基于参数不确定倒立摆系统的区间二型模糊滑模控制方法,其特征在于,所述基于区间二型T‑S模糊模型构造参数不确定倒立摆系统的滑模控制器,包括:基于钟摆的角位移和钟摆的角速度,通过定义参数不确定倒立摆系统的状态向量,确定滑模面 ,其中, 表示角位移参数, 表示角速度参数,表示滑模面的参数,且满足赫尔维茨Hurwitz条件;

通过设计控制输入使得 ,使参数不确定倒立摆系统状态收敛到滑模面 ,得到等效控制器 ,其中,表示滑模面 的时间导数,表示滑模面收敛速率参数,为正实数;

基于饱和函数 设置切换控制器 ,其中, ,表示切换增益, ;

综合等效控制器和切换控制器,得到控制输入,所述控制输入为当前时刻 强加于车的外力 。

5.根据权利要求4所述的基于参数不确定倒立摆系统的区间二型模糊滑模控制方法,其特征在于,饱和函数 表示为:;

式中,表示边界层厚度,其中, , 表示条件判断语句“如果”, 表示滑模面 的绝对值, 表示符号函数;

当前时刻 强加于车的外力 表示为:

6.根据权利要求1所述的基于参数不确定倒立摆系统的区间二型模糊滑模控制方法,其特征在于,所述将滑模面作为区间二型T‑S模糊模型的唯一输入变量,利用预设的模糊逻辑规则,根据滑模面的实时状态自适应调整切换增益的值,通过区间二型T‑S模糊模型的推理过程将滑模控制器中的固定切换增益优化为自适应调整后的切换增益,将所述滑模控制器优化为区间二型模糊滑模控制器,包括:将前置条件如果 是 的隶属函数定义为区间二型模糊集,由上隶属函数和下隶属函数共同构成不确定性足迹,用于描述所述区间二型模糊集,其中,表示非线性化后滑模面的转换函数, 表示第 条区间二型模糊逻辑规则的区间二型模糊集;

根据区间二型模糊集和区间二型模糊逻辑规则建立模糊逻辑规则库,并确定区间二型模糊输出;

采用基于集合中心的类型降阶方法将区间二型模糊输出转换为一型模糊输出,作为切换增益;

利用模糊逻辑规则动态控制切换增益将一型模糊输出转换为控制信号,进而将滑模控制器优化为区间二型模糊滑模控制器。

7.根据权利要求6所述的基于参数不确定倒立摆系统的区间二型模糊滑模控制方法,其特征在于,下隶属函数的高度表示为 ,其中, ,将 定义为:;

式中, 表示 的下隶属高度, 表示 的下隶属高度, 表示 的下隶属高度, 表示区间二型模糊滑模控制器中唯一需要调整的参数,用于直接决定区间二型模糊集的不确定性程度。

8.根据权利要求7所述的基于参数不确定倒立摆系统的区间二型模糊滑模控制方法,其特征在于,所述根据区间二型模糊集和区间二型模糊逻辑规则建立模糊逻辑规则库,并确定区间二型模糊输出,其中,第 条区间二型模糊逻辑规则表示为:如果 是 ,则 是 ;

式中,表示模糊规则的输出变量, 表示第 条区间二型模糊逻辑规则的输出,其中,。

9.根据权利要求8所述的基于参数不确定倒立摆系统的区间二型模糊滑模控制方法,其特征在于,所述采用基于集合中心的类型降阶方法将区间二型模糊输出转换为一型模糊输出,其中,所述一型模糊输出表示为:;

式中,表示切换增益,即一型模糊输出, 表示类型降阶输出的左端点,其中 表示左切换点标识, 表示类型降阶输出的右端点,其中 表示右切换点标识,表示左切换点索引, 表示模糊滑模控制器的模糊逻辑规则总数, 表示右切换点索引, 表示非线性化后滑模面 的转换函数 的上隶属函数, 表示非线性化后滑模面 的转换函数 的下隶属函数。

10.根据权利要求9所述的基于参数不确定倒立摆系统的区间二型模糊滑模控制方法,其特征在于,所述控制信号表示为:;

式中, 表示控制信号, 表示模糊逻辑规则的输出变量, 表示非线性化后滑模面 的转换函数 的非线性函数增益,将非线性化后滑模面 的转换函数 的非线性函数增益 定义为:;

式中, 表示非线性化后滑模面 的转换函数 的绝对值, 表示区间二型模糊滑模控制器中唯一需要调整的参数,用于直接决定区间二型模糊集的不确定性程度。