TORA系統(tǒng)周期性軌跡穩(wěn)定控制策略研究.pdf

1、欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是指獨(dú)立控制輸入量少于系統(tǒng)自由度的一類(lèi)非線性系統(tǒng)，廣泛存在于交通運(yùn)輸、機(jī)器人、航空航天器等復(fù)雜系統(tǒng)領(lǐng)域;欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由于控制輸入的缺失使得其控制問(wèn)題成為控制領(lǐng)域富有挑戰(zhàn)性的研究熱點(diǎn)之一。具有旋轉(zhuǎn)激勵(lì)的平移振蕩(TORA)器是由欠驅(qū)動(dòng)的平移小車(chē)及安裝在其上的驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)小球組成，是典型的欠驅(qū)動(dòng)基準(zhǔn)系統(tǒng)。針對(duì)TORA系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制目標(biāo)主要集中在平衡點(diǎn)鎮(zhèn)定，本文研究其周期性軌跡的跟蹤控制，主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　首先，基于拉格朗日

2、方程建立了斜面TORA系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，分析了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特征;設(shè)計(jì)了兩種典型的周期性軌跡，包括同時(shí)實(shí)現(xiàn)平移小車(chē)和旋轉(zhuǎn)小球周期性振蕩的周期性軌跡，以及平移小車(chē)周期性運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)小球保持定值的周期性軌跡。
　　其次，采用虛約束技術(shù)，給出了同時(shí)實(shí)現(xiàn)平移小車(chē)和旋轉(zhuǎn)小球周期性振蕩的周期性軌跡設(shè)計(jì)，構(gòu)造了平移小車(chē)與旋轉(zhuǎn)小球間的虛約束方程，設(shè)計(jì)了控制李雅普諾夫函數(shù)，基于李雅普諾夫穩(wěn)定第二定理得出了系統(tǒng)控制器，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)周期性軌跡的跟蹤控制;通過(guò)數(shù)

3、字仿真證明了所設(shè)計(jì)的基于虛約束控制方法的有效性。
　　再次，對(duì)比虛約束控制方法，針對(duì)平移小車(chē)的周期性運(yùn)動(dòng)，給出一種基于系統(tǒng)能量的控制設(shè)計(jì)方案。該方案基于系統(tǒng)總能量守恒的思想，將系統(tǒng)總能量考慮到控制李雅普諾夫函數(shù)中得到系統(tǒng)控制器，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)周期性軌跡的跟蹤控制，設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)潔;通過(guò)與虛約束法的數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)比說(shuō)明了該方案的可行性與優(yōu)越性。
　　最后，搭建了一個(gè)TORA裝置平臺(tái)，對(duì)裝置平移振蕩過(guò)程中的摩擦力進(jìn)行建模辨識(shí);采用前饋補(bǔ)