惯性轮摆镇定控制器的迭代设计方法.pdf

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1、第12期组合机床与自动化加工技术NO．122012年12月ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueDec．2012文章编号：1001—2265(2012)12—0041—04惯性轮摆镇定控制器的迭代设计方法木王轶卿，李胜，侯保林(1．南京工业大学自动化与电气工程学院，南京210009；2．南京理工大学a．自动化学院；b．机械工程学院，南京210094)摘要：针对惯性轮摆系统的镇定控制问题，提出了一种控制器迭代设计方法。该方法首先通过坐标变换将惯性轮摆系统转换为一个非线性级联系统，然后通过迭代设计和坐标逆变换，获得惯性轮摆系统的状态

2、反馈镇定控制器，并证明了所得控制器能够使得惯性轮摆系统稳定在摆杆垂直向上的平衡位置。最后参考一个实际的惯性轮摆系统的物理参数，通过仿真，验证了所设计控制器的有效性。与已有方法相比，该方法更为简洁，更适合推广到其他欠驱动系统的镇定控制。关键词：非线性控制；反馈镇定；欠驱动系统；惯性轮摆中图分类号：TH16；TG65文献标识码：AARecursiveDesignMethodforStabilizationoftheInertiaWheelPendulumWANGYi—qing,2a，LISheng，HOUBao—lin(1．SchoolofAutomationandElectronicEngi

3、neering，NanjingUniversityofTechnology，Jiangsu210009，China；2a．SchoolofAutomation；2b．SchoolofMechnicalEngineering，NanjingUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210094，China)Abstract：AimedatthestabilizationproblemoftheInertiaWheelPendulumsystem，arecursivedesignmethodofstabilizationcontrollerwaspropo

4、sed．Inthismethod，theInertiaWheelPendulumsystemwastransformedintoanonlinearcascadeformthroughacoordinatetransformationfirstly．Andthroughare-cursivedesignprocedureandinversecoordinatetransformation，astatefeedbackcontrollerofInertiaWheelPendulumsystemwithexplicitformwasobtained．Andthenthestabilityoft

5、heInertiaWheelPen—dulumsystemundertheproposedcontrolleratposition，wherethepolewasvertialup，wasproved．Fi—nally，theeffectivenessandperformanceoftheproposedstabilizationcontrollersforaninertiawheelpen—dulumsystemwhoseparametersweretakenfromareal-lifemodeloftheIWPwasshownthroughsimula—tions．Comparedwi

6、thsomeexistingmethod，theproposedmethodinthispaperwasmoresimplicityandsuitabletoexpandtothestabilizationofotherunderactuatedsystems．Keywords：nonlinearcontrol；~edbackstabilization；underactuatedsystem；inertiawheelpendulum文献[1]将惯性轮摆从垂直向下自然平衡位置0引言至垂直向上平衡位置的镇定问题分为两个阶段予以近年来，由于欠驱动机械系统的广泛应用，其建解决：摆起阶段和平衡阶段。

7、在摆起阶段，给出了一模与控制问题得到了越来越多学者的关注与研究。种基于能量的摆起控制方法，在平衡阶段，则利用状实际工程中存在很多欠驱动系统，如移动机器人、水态反馈线性化和极点配置方法设计了系统的反馈镇面／水下舰艇、空间飞行器和柔性系统等。这些系统定控制器，最后，运用切换控制策略将上述两个阶段有一个共有特征，即系统中驱动器的个数比系统自控制器综合到一起用于系统的摆起和平衡控制，在由度的个数要少。惯性轮摆是一个典型的欠驱动系