[發明專利]一種TORA系統的輸出反饋控制方法

有效

• 申請號: 201810432938.9
• 申請日: 2018-05-08
• 公開（公告）號: CN108508750B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 宋永端;黃秀財;何鎏;賴俊峰;譚覓;高輝
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 重慶晟軒知識產權代理事務所(普通合伙) 50238
• 代理人: 王海鳳

1.一種TORA系統的輸出反饋控制方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1：建立TORA系統模型；所述步驟S1建立TORA系統模型的步驟如下：

S1a：建立TORA系統模型：

所述TORA系統包括平移振蕩器和設置在平移振蕩器上的旋轉執行器：

所述平移振蕩器包括平臺和線性彈簧，所述線性彈簧的一端固定，另一端與所述平臺連接，所述平臺位于水平面上，且只能在平行于彈簧軸線的水平面運動；

所述旋轉執行器為一質量塊，所述質量塊設置在所述平臺上，且與所述平臺可轉動連接；

S1b：對所述步驟S1a建立的TORA系統進行建模：

所述質量塊所受的力有F_x,F_y,u以及ω，采用牛頓定律對質量塊的質心進行力矩分析可得

其中，m表示質量塊的質量；

F_x表示質量塊在x軸方向所受的力；

F_y表示質量塊在y軸方向所受的力；

L表示質量塊的旋轉中心距TORA系統中質心的距離；

θ表示質量塊的角位置；

ω表示質量塊旋轉與平臺產生的滑動摩擦阻力；

u表示施加到質量塊上的力矩；

x_c表示平臺的平移位置；

J表示轉動慣量；

平臺在相反的方向上分別受到力F_x,F_y，同時還受到彈簧的回復力；

將F_x和F_y從表達式(1.1)中第三個表達式和表達式(1.2)中消除可得：

因此，

其中，

Λ(θ)＝(J+mL²)(m+M)-m²L²cos²θ≥M(J+mL²)+Jm＞0 (1.6)；

S1c：定義x₁＝θ,x₃＝x_c和為TORA系統狀態以及u為控制輸入，TORA系統的狀態方程可以表示為：

S1d：定義

TORA系統的狀態方程(1.7)變換為：

其中，

e表示調節誤差；

η₁、η₂表示關系式(1.9)所示系統的內膜狀態，ξ₁，ξ₂，η₂表示關系式(1.9)所示系統的外膜狀態，a₀(η₁,η₂,ξ₁,ξ₂)整體表示關系式(1.9)所示系統的非線性項；所述方程式(1.10)即為所述TORA系統模型；

S2：設計所述步驟S1中TORA系統閉環輔助系統；

S3：設置控制器對所述TORA系統進行穩定控制。

2.如權利要求1所述的TORA系統的輸出反饋控制方法，其特征在于：所述步驟S2中設計閉環輔助系統的過程如下：

S2a：所述TORA系統模型的輔助系統設計為：

S2b：選擇矩陣(L(·),M(·),N(·))使得輔助控制器能夠保證增廣的閉環輔助系統；

其中輔助控制器為

其中，z為輔助系統狀態；

所述閉環輔助系統為：

其中，

其中ε_a均為設計參數。

3.如權利要求1所述的TORA系統的輸出反饋控制方法，其特征在于：所述步驟S3中設計的控制器包括狀態反饋控制器和輸出反饋控制器。

4.如權利要求1所述的TORA系統的輸出反饋控制方法，其特征在于：所述步驟S3中狀態反饋控制器如下：

其中，σ表示積分變量，κ表示積分參數，κ＞0，

5.如權利要求3所述的TORA系統的輸出反饋控制方法，其特征在于：所述步驟S3中輸出反饋控制器設計過程如下：

1)在輸出反饋下，擴展的高增益觀測器將用于觀測ξ₁,ξ₂以及y_a，觀測器的表達式為：

其中，γ₁、γ₂和γ₃均為設計參數，并使得多項式q³+γ₁q²+L+γ₂q+γ₃滿足Hurwitz條件；

2)輸出反饋控制器設計為：

其中，K₂＞0和K₃＞0的大小分別由狀態反饋下u和y_a在吸引域中的幅值決定。