[发明专利]一种无需物理参数的倒立摆自适应滑模控制方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种无需物理参数的倒立摆自适应滑模控制方法。它是针对倒立摆系统而给出的一种无需倒立摆物理参数的自适应滑模控制的设计方法，属于控制理论技术领域。

(二)背景技术

倒立摆控制系统是一个不稳定、复杂的、非线性系统，是检验控制理论和方法的理想模型，是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想实验平台。对倒立摆系统的研究能有效的反映控制中的许多典型问题，如非线性问题、鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等。通过对倒立摆的控制，用来检验新的控制方法是否有较强的处理非线性和不稳定性问题的能力。同时，其控制方法在军工、航天、机器人和一般工业过程领域中都有着广泛的用途。目前，国内外对于倒立摆系统的研究，主要是采用倒立摆系统的数学模型，使用更为先进的控制算法对倒立摆进行控制，检验算法的有效性，对算法进行理论验证，并作为实验教学平台进行使用。

多年来，人们对倒立摆的研究越来越感兴趣，这其中的原因不仅在于倒立摆系统在高科技领域的广泛应用，而且在于新的控制方法不断出现，人们试图通过倒立摆这样一个控制对象，检验新的控制方法是否具有较强的处理多变量、非线性和绝对不稳定的能力。因此，倒立摆系统作为控制理论研究中的一种较为理想的实验手段通常用来验证控制策略的效果，它适合用多种理论和方法进行控制，并起到检验算法的作用。

但是在目前的研究领域所提出的控制方法中，对倒立摆系统的控制，均需要获取倒立摆系统的模型信息中的物理参数，而在实际应用中，倒立摆的某些参数并不是可以直接测量的，或者说测量的精度不够高，所以，给倒立摆系统的控制带来了很大的困难。

(三)发明内容

1.发明目的

针对以上不足，本发明的目的是提供一种无需物理参数的倒立摆自适应滑模控制方法。该控制方法不仅能够对倒立摆系统实现很好的稳定性控制，还能在倒立摆系统物理信息未知的情况下得到对应的控制律。本发明使得该控制方法能够具有更为广泛的应用性。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明给出了一种无需物理参数的倒立摆自适应滑模控制方法，该方法包括以下步骤(如图1所示)：

步骤1：获取倒立摆系统模型信息；

本发明所针对的系统是一阶车载式倒立摆系统，该系统主要由小车和摆杆构成，小车可在有限导轨上作直线运动，摆杆与小车连接在一起，可在竖直平面内作半圆周运动。在忽略了空气阻力和各种摩擦之后，可将直线型一级倒立摆系统抽象成运动小车和均匀摆杆组成的系统，其结构示意图如图2所示。再根据牛顿-欧拉法，对倒立摆系统进行数学分析，便可得到其如下的数学模型：