平行单级双倒立摆系统的建模与滑模变结构控制_

摘要:从两摆间无弹簧连接的平行双倒立摆系统特定物理结构出发，结合控制目标进行合理建模与分析，验证所建模型可行性，讨论系统能控性和参数间的关系，并设计了滑模变结构控制律。该文的理论和方法对平行单级双倒立摆的进一步研究工作具有重要意义。
关键词:倒立摆;建模;变结构控制
倒立摆广泛应用于军工、航天、机器人领域和一般工业过程中，尤其作为非线性、强祸合且自然不稳定系统，可以有效反映诸如可镇定性、鲁棒性及跟踪性能等许多控制中的关键问题ll]，而且作为典型欠驱动系统控制难度很大，目前还有很多关键技术仍未很好解决。因此倒立摆成为控制理论中经久不衰的研究课题。在各种倒立摆系统的控制研究中，平行单级双倒立摆的单电机控制稳定研究很少，目前只有少数学者对两摆间有弹簧连接的平行单级双倒立摆的控制稳定和两个电机的解祸控制问题进行了研究圈。而两摆间无弹簧连接的平行单级双倒立摆结构相对更加复杂些，非线性和祸合作用也更强，目前国内外对这类倒立摆的研究更少。本文运用牛顿定律对双倒立摆系统进行建模，并验证模型的可行性，讨论系统能控性和参数间的关系，对系统设计了滑模变结构控制律。仿真结果表明该文的理论与控制规律能达到较满意的控制效果。
设计滑模变结构控制器的首要任务就是选择切换函数:，即确定C并确定控制“，使得闭环系统中滑模面上存在滑动模态，且所有相轨迹在有限时间内到达:上的滑动模态区域并保证滑动模态渐近稳定且具有良好的动态品质。
由于平行单级双倒立摆的自然不稳定性，我们希望系统具有趋近运动的动态品质，故采用指数趋近律设计，这种趋近律不仅可使系统状态较快达到滑模面，而且在适当选取灸和。时能大大削弱系统抖振。
本文所建模型在一定的条件下可以较精确地描述实际的双倒立摆系统，设计的具有指数趋近律的滑模变结构控制规律，能使系统较快地收敛到期望的稳定位置。该文的理论和方法对平行单级双倒立摆的进一步研究工作具有重要的意义。

文章来自：滑模机械网

文章作者：信息一部

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