双轮直立车系统抗饱和自适应容错控制

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4、RATIONADAPTIVEFAULTTOLERANTCONTROLOFTHETWO-WHEELEDUPRIGHTTROLLEYSYSTEMCandidate：PengLiangSupervisor：WeiGuanGuanghongYangSpecialty：ControlEngineeringDate:March,2016沈阳航空航天大学硕士学位论文摘要随着科技日益的发展，双轮直立车逐渐成为人们生活中倍受关注的一类代步工具。它的外形有些像普通的手推车，可以自行直立不倒，前行或者后退只需让驾驶者身体略微前倾或后倾即可达到目的，且可以

5、实现原地转向或是一些复杂路段的跟踪运行，所以在民用与军用领域都很受欢迎。但是给予过多的动力会导致车子的控制输入达到饱和，此时双轮直立车的控制系统会容易产生执行器饱和现象，导致整个控制系统难以达到稳定状态。本文着重研究了双轮直立车系统在执行器饱和及故障条件下的控制器方法设计。首先，根据牛顿第二定律将车身与车轮分别进行受力分析建立其非线性方程，然后经过线性化处理得出双轮直立车的数学模型。接着在状态反馈和动态输出反馈下设计其相应的自适应控制器，考虑执行器饱和与部分故障状态对系统的影响。通过对闭环系统自适应律的实时估计分别考虑在状态反馈与动

6、态输出反馈条件下对执行器自适应补偿的控制，从而确保该状态下闭环系统的稳定性。利用MATLAB中的LMI工具箱来实现容错控制算法中的优化。计算出分别代表固定增益与自适应增益控制器系统吸引域大小的参数，对比之后可知，自适应增益控制器的控制结果可以使吸引域更大。最后利用MATLAB/Simulink构建双轮直立车系统的仿真模型，将容错控制算法应用其中，通过给定一个初始的饱和控制输入，对比固定增益控制器与自适应增益控制器的部分状态曲线可以看出，自适应增益控制下的控制结果可以使得闭环系统趋于稳定状态，而固定增益控制器的控制结果却不能。由此可以

7、验证自适应增益控制器有更为大的吸引域使系统得到稳定。关键词：双轮直立车；执行器饱和；状态反馈；动态输出反馈；自适应律I沈阳航空航天大学硕士学位论文AbstractWiththeincreasingdevelopmentofscienceandtechnology,thetwo-wheeleduprightvehiclegraduallybecomesacloselywatchedtransportationinpeople’slives.Itlookslikeanordinarytrolley,theycanstayuprightb

8、yitself.Inordertomakethevehiclemoveforwardorbackward,thedriverneedonlytomakeitsbodyslightlyforwardorbackward,andcanre