一類欠驅動系統(tǒng)的切換控制設計.pdf

1、欠驅動系統(tǒng)是指控制輸入數(shù)少于系統(tǒng)狀態(tài)維數(shù)的系統(tǒng)。輸入的缺失使得欠驅動系統(tǒng)在減少執(zhí)行元件個數(shù)、節(jié)約能量、增強系統(tǒng)靈活性、減輕重量、降低成本等方面較完全驅動系統(tǒng)具有很大的優(yōu)越性，因此對它的控制研究具有重要的理論意義和實用價值。同時，欠驅動系統(tǒng)的高度非線性、強耦合、參數(shù)攝動等特點，使得欠驅動系統(tǒng)的控制具有很大的難度。
　　本文的研究對象是由加拿大Quanser公司購進的二自由度平面倒立擺，研究的主要目的在于擴大擺桿的偏角范圍，切換的思想

2、貫穿全文。本文主要工作包括如下幾個方面:
　　（一）首先，基于歐拉-拉格朗日動力學原理建立倒立擺的非線性動力學模型。其次，針對倒立擺的線性化模型分析其穩(wěn)定性、能控性和能觀性。
　?。ǘ┽槍Φ沽[系統(tǒng)的線性化模型，分別設計了LQR控制器和極點配置控制器，然后對其進行硬切換和軟切換的設計，當?shù)沽[系統(tǒng)在擺桿的偏角比較大時，也能使其回到平衡位置。同時，利用輸入-輸出線性化的方法將非線性模型進行線性化處理，設計了多點處的LQR硬切

3、換控制器和軟切換控制器，并用仿真驗證了設計方法的有效性。
　?。ㄈ┽槍Φ沽[系統(tǒng)的線性化模型，用Backstepping方法設計了控制器。在設計的過程中，有兩個正常數(shù)可以進行任意調節(jié)，通過硬切換和軟切換的思想對兩個常數(shù)進行不同選取，設計了硬切換和軟切換控制器，并用仿真驗證了設計方法的有效性。
　?。ㄋ模┽槍ι鲜隼碚摻Y果，搭建了半實物仿真平臺，將設計好的控制器用在二自由度平面倒立擺實驗平臺上，能使倒立擺擺桿穩(wěn)定在豎直位置，從