行为受限下Ａｃｒｏｂｏｔ起摆平衡控制研究

2012年04月24日14:33:48 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

关键字：应用

程红太，佟　雷，张晓华
哈尔滨工业大学电气工程系，黑龙江哈尔滨

摘　　　要：Ａｃｒｏｂｏｔ是一种典型的二自由度欠驱动机械系统，针对实际中可能存在的杆二摆角及驱动力矩受限的问题，研究了行为受限下系统的起摆与平衡控制问题。将整个过程分为起摆和平衡２个阶段，首先利用垂直向上不稳定平衡点处近似线性模型，设计了基于ＬＱＲ方法的平衡控制器，并以减小平衡控制过程力矩为目标讨论了切换姿态的优化问题；起摆控制采用了基于参考路径的能量泵入法，提出了一个改进的参考路径，采用部分反馈线性化方法实现对参考路径的跟踪，可以保证摆角在一定范围内摆动的情况下系统机械能不断增加，使起摆结束时具有更优的切换姿态，从而更容易切换至平衡控制阶段，同时使得平衡控制过程更加平稳，所需力矩更小。较后给出了实物实验结果，证明了所提控制策略的有效性。关　键　词：Ａｃｒｏｂｏｔ；欠驱动机械系统；ＬＱＲ；能量泵入法；反馈线性化

１　引　言
学者们以Ａｃｒｏｂｏｔ为对象研究欠驱动机械系统的非线性控制问题，主要研究了其起摆与平衡控制问题。文献［１］较早研究了平衡控制问题，文献［２］将起摆与平衡控制结合研究并提出基于参考轨迹跟踪的能量泵入法。文献［３］对参考轨迹进行改进，使得在起摆阶段能量积累的同时，两杆保持一定的夹角关系，当达到垂直向上位置时，夹角为０，从而更利于两相切换的实现。文献［４５］采用无源及能量方法获得更好的甚至全局收敛效果，然而其所设计控制器较复杂难于应用于实物系统中。国内也有学者对该问题开展了一些研究。文献［６８］分别采用滑模变结构、非光滑Ｌｙａｐｕｎｏｖ函数和模糊变结构控制和基于能量方法实现起摆及平衡控制。然而以上学者只是在理想模型的基础之上进行了仿真实验研究，并未考虑实际模型中存在的摆角、驱动力矩限制等问题，本文将对受限情形下的Ａｃｒｏｂｏｔ起摆平衡控制问题进行研究。

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