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《平面二级倒立摆的圆周行走与镇定控制new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第卷第期自动化学报,年月,小车定位控制也存在着祸合平面倒立摆更加突出的非线性、、,祸合性多变量特点使其控制的实现具有更大的挑战性本,文以固高型平面二级倒立摆为研究对象平面二级倒立摆的圆周行走与,采用拉格朗日方程建立系统的动力学模型将其在平衡位置,,、镇定控制附近线性化得到了两个在方向解祸各具有三个二阶子系统的六阶欠驱动系统针对方向的每一个子系统设‘‘’段学超仇原鹰盛英计,了滑模面考虑滑模面斜率和各系统控制对系统动态性能,分别采用模糊推,的影响理根据系统状态实时调整滑模面摘要采用拉格朗日方程建立了平
2、面二级倒立摆的非线性动力学模,从的斜率和各子系统在系统控制中的作用而构成自适应滑型,,得到系统在两个将其在平衡位置线性化正交控制方向解拐的近似模模模糊控制器将设计的控制器用于平面二级倒立摆的实物型针对每一个方向上由互相藕合的基座小车定位子系统和摆杆镇定子,,,控制实现了基座小车的圆周行走和摆杆的镇定控制系统所组成的六阶欠驭动系统设计了自适应滑模模糊控制器实现了基,、座小车沿圆周行走条件下摆杆的镇定控制验证了该控制算法对欠驱动、平面二级倒立摆的动力学模型不稳定多变量锅合系统的有效性,,关艘词平面二,
3、,,如图所示平面二级倒立摆系统的机械结构由级倒立摆解祸欠驱动系统自适应滑模模糊控制,、、、中图分类号方向导轨基座小车两级摆杆以及连接小车和摆杆摆杆和摆杆之间的两个虎克铰构成与每个虎克铰同轴装置入,,毗的两个光电编码器用来测量摆杆分别绕转轴所转过的’角度即公此℃叩初城皿,诬侣刀侧叼勺时吕〔刀旧佣加押切叮日朗,加那砂。即苏,记臼词场曲,,叨一拍”,,图平面二级倒立摆实物和建模示意图,引言平面二级倒立摆的动力学模型由于倒立摆的非线性、欠驱动、高阶次和自然不稳定特采用拉格朗日方程建立平面二级倒立摆系统的动
4、力学模,型如,性对倒立摆的稳定控制涉及到控制科学中处理复杂对象的图所示建立全局坐标系选取摆杆与小,,,、关键技术因此倒立摆是控制领域比较理想的实验设备,车连接的虎克铰转动中心为基点建立以为原点轴沿摆杆轴线方向的二,,摆杆与摆杆人们期望通过这样一个严格的控制对象来检验一个新的控制局部坐标系、、,、方法是否有较强的处理非线性多变量欠驱动和绝对不稳相连接的虎克铰转动中心为基点建立以为原点定系统,以便将有效的控制方法运用于军工、轴沿摆杆轴线方向的局部坐标系脚如将平面二级倒立的能力航天和、机器人等其他领域【
5、一直线型和旋转型倒立摆基座仅有一摆抽象成小车质量块虎克铰质量块和匀质摆杆组成的系统,、、、,个自由度这两类倒立摆以结构简单形象直观构件参数二为基座小车关节虎克铰和编码器的总质量,己经广泛用于教学实验“】。,易于改变和价格低廉等优点,从饥表示摆杆的质量奴表示基点到摆杆质心的距,,,,,平面倒离氏、内、为摆杆绕轴的转角为质量块的质结构和控制难度上看立摆均是上述三类中最为复杂,,量具体取值为,二,,,的一类这是因为平面倒立摆的基座具有两个自由度可以吨。,,二为在平面内自由运动它不仅在基座平面内的两个正交
6、控制方重力加速度,,,,,向存在祸,而且在每个控制方向上的摆杆镇定控制和基点在中的位置矢量为二脚。合作用,,,,,、,,‘二甲二故小车一的动能为一户支·设摆杆“相对于全局价收稿日期乐冬收修改稿日期不踢童,,坐标系的偏角是二、,,由摆杆先绕轴旋转再绕轴转动国家自然科学幕金教育部留学回国人员实验室基金资,、、。而合成二采用横滚俯仰偏转角集表示的从助凡脚翻“到的姿态旋转变换矩阵为口“一二、,二、,‘西安电子科技大学机电工程学院西安,日叭无二‘、几,‘矛、百比无一无,助全一二。、一吕口,无留认砂自动化学报
7、卷,留,分别表,。,,、式中示下司记』平面二级倒立摇动力学棋型的线性化解柑工、,为摆杆的质心在坐标系,中的位置矢量则摆。平面二级倒立摆唯一的自然平衡位置为、杆摆杆和质量块的质心在中的位置矢量分二,,,沪二,甲,、,甲二,沪,,出,公,乡二、,沪,,户二,沪,,无,公注,,,,别为,,,,,,,,,,,,,、,因此摆杆摆杆和质量块的平动动能为将无,,,以上四个函数介在平衡位置进行泰,二,,,,,、一爪‘七,勒级数展开并线性化得乡乡乡‘乡卯在方向的嗽“,,盖线性解祸表达式少、矛、,,、沪”沪二、沪二无
8、式中下标无表示上述第无个部件此外摆杆摆杆还艺甘七无一瓜具有转动动能、沪,。沪,从价妙,一、。。、。、,嵘,、,蠢奋式中,,,一,一,二,,‘七一,一,‘七’一“摆杆“绕凡凡’式中儿、滩凡等合、、二。,,轴,轴的转动惯量。。砂分别为摆杆的角速度在平面二级倒立摆系统采用加速度输入因此输入量的矢、二,,工、轴,、轴上的投影量形式为。二。。司睁剑、、二二,沪二,沪二,毖,沪二,‘,。系统的总动能为基座小车摆杆摆杆和质量块定义状态变量卜沪,,,夕,乡。,,则系统的动的动能之和份钓钓朽力学模型
