申请/专利权人：合肥中科深谷科技发展有限公司

申请日：2022-07-15

公开（公告）日：2024-06-18

公开（公告）号：CN115236982B

主分类号：G05B13/04

分类号：G05B13/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.18#授权;2022.11.11#实质审查的生效;2022.10.25#公开

摘要：本发明公开了面向非同长二级倒立摆自起摆及其平衡控制方法，包括以下步骤：对二级倒立摆进行系统建模，得到其状态空间方程；首先将问题简化成一级倒立摆的摆起控制，采用能量法对小车进行起摆，将摆杆1摆至0度附近；采取滑膜控制进行一级摆杆稳摆，同时利用其反馈力将摆杆2摆至竖直位置，当摆杆1与摆杆2均在0度时，利用变增益lqr进行整体倒立摆稳摆。本发明在对二级倒立摆进行自起摆方法设计的基础上，针对非同长两摆杆，提出一种新型控制方案，与以前的方法相比，在对摆杆2进行自起摆时，无需了解其系统参数和算法设计，仅用惯性和对摆杆1的反馈便能达到目的，因此所提出的控制更简单、更高效、鲁棒性更好。

主权项：1.面向非同长二级倒立摆自起摆的平衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对二级倒立摆进行系统建模，建立数学模型，利用拉格朗日方程，对系统进行线性化处理，得到其状态空间方程；S2：第一阶段，主要是使第一级摆杆摆起到铅直向上的平衡点附近，可将问题简化成一级倒立摆的摆起控制，采用能量法对小车进行Bang-Bang起摆，将摆杆1摆至0度附近，并保证摆杆2此时惯性力不宜太大，相应的控制用u1表示；S3：当摆杆1至0度附近时，将控制方法u1变换为u2，u2采用滑膜控制法，对摆杆1进行稳摆控制，使一级摆杆达到大致稳定阶段，同时由于摆杆1与摆杆2之间由关节块连接，且摆杆2的质量长度远大于摆杆，可以利用滑膜控制法对摆杆1的反馈力进行控制，将摆杆2直接摆动至倒立位置；S4：当摆杆1与摆杆2均在0度时的一瞬间，变换控制方法为u3，u3采用变增益lqr法使两杆同时稳定在倒立位置；所述S2中，将二级倒立摆简化为一级倒立摆，利用能量法进行起摆，相应的控制用u1表示； 定义摆杆平衡时质心位置为零势能面，则运动过程中摆杆能量为如上所示；所述S3中，将控制方法u1变换为u2，u2采用模糊控制法，定义控制系统的滑模面为 其中，sign·为符号函数,K＝diagki和W＝diagwii＝1,2,m为系统滑模面的个数为待设计的参数矩阵，为了满足滑模的到达条件，则ki＞0,wi＞0； 采用李雅普诺夫函数型的到达条件和滑模趋近律，式子可表达为如上所示；所述S4中，采用变增益lqr方法，该系统的一类控制输入为u＝∫Kxdx设计了变增益lqr控制器，其主要方法是借助数字计算机实时求解代数黎卡提方程,得到Px的数值解，进而得到的数值解；u＝Kxx然后构造线性反馈控制如上所示。

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权利要求：

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