基于执行器饱和双轮平衡车的容错控制

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1、第328第4期沈阳航空航天大学学报V01．32No．42015年8月JournalofShenyangAerospaceUniversityAug．2015-w文章编号：2095—1248(2015)04—0067一04基于执行器饱和双轮平衡车的容错控制关威，梁鹏，高瀚斐(沈阳航空航天大学自动化学院，沈阳110136)摘要：双轮小车的平衡与稳定受到执行器饱和问题的困扰。将小车的稳定问题转化成一个标准的控制问题，对小车建立非线性数学模型，并研究在状态反馈条件下自适应容错控制器的设计问题。利用线性矩阵不等式的方法进行处理，给

2、出固定增益和自适应控制算法的设计方法。利用MAT—LAB对系统进行仿真并分析最终结果，得出一种能够使系统更加稳定的算法。关键词：双轮小车；执行器饱和；线性矩阵不等式；自适应控制中图分类号：TP273文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．2095—1248．2015．04，011Fault．tolerantcontrolofthetwo．wheelself-balancedtrolleybasedonactuatorsaturationGUANWei，LIANGPeng，GAOHan—fei(Collegeo

3、fAutomation，ShenyangAerospaceUmversity，Shenyang110136，China)Abstract：Thebalanceandstabilityofthetwo—wheeledtrolleyareplaguedbytheproblemofactuatorsatu—ration．Toestablishitsnonlinearmathematicalmodel，thestabilityofthetrolleyCanbetransformedintoastandardcontrol，and

4、thedesignofself-adaptivefault—tolerantcontrollerswillbestudiedunderthestatefeed-backcondition，whichwillbedealtwithbyusingtheLMItoworkoutadesignmethodaboutfixedgaincontrolalgorithmandself-adaptivecontrolalgorithm．TheanalysisofthefinalresultbyusingtheMATLABsimulati

5、onCancomeupwithanalgorithmwhichmaymakethesystemmorestable．Keywords：Two—wheeltrolley；actuatorsaturation；LMI；adaptivecontrol双轮平衡车是一种不稳定的系统，具有高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合等特性，必须施加一些有效的控制方法才能使其保持自身的稳定⋯。在实际的生产生活中，执行器饱和与执行器故障都是极为普遍的现象，并且大部分系统在运行过程中都伴随着这两种现象的发生旧J。本文针对控制系统在执行器饱和现象

6、下的容错控制问题，探究饱和现象在正常状态与故障状态下的控制算法，将执行器饱和对执行器故障的影响降到最小。1数学模型的建立1．1参数设定由于双轮平衡小车实际建模过程存在一定的困难，可以忽略掉一些次要的因素，将车轮和车身收稿日期：2015一Ol一16基金项目：国家自然科学基金青年基金(项目编号：61203087)；辽宁省优秀人才培养计划第二层次(项目编号：LIQ2013017)；沈阳航空航天大学博士启动项目(项目编号：11YBl8)作者简介：关威(1980一)，男，辽宁沈阳人，副教授，主要研究方向：受限系统、容错控制、非线性

7、系统，E—mail：guanweihaha@163．tom。68沈阳航空航天大学学报第32卷分别进行分析处理，综合两部分得出的方程，建立小车的非线性方程，对其进行线性化处理，最终可以求出系统的状态空间方程一J。．设p。为车轮的转动角度，假定逆时针为正，日，、垦分别表示的是左右车轮与车体之间水平方向的作用力；碥、日陀分别是左右车轮与地面之间的作用力；P。、P：是左右两个车轮与车体之间在垂直方向上的作用力；C。、c2是左右车轮的转矩；X是车轮的水平位移；MW、Me是车轮与车体的质量；尺是车轮半径；0。为车体摆角；f为车体长度

8、；，。、，。分别是车轮与车体的转动惯量MJ。1．2线性化模型的建立在忽略了空气阻力和各种摩擦之后，分别对车子的左右两轮进行受力分析，其中车轮的受力分析和车身的受力分析如图1、图2所示：负角度较小，一般都在7。以内[5。，可以进行线性化处理。由于：睇一o，sinop一0p，cOS0p一1则有：．≈=置一Isinop嘭+