[发明专利]一种悬吊漂浮物随动系统的欠驱动滑模控制方法

权利要求书

1.一种悬吊漂浮物随动系统的欠驱动滑模控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一：明确随动系统的控制目标：控制随动平台迅速跟上目标体，跟随结束后随动平台与目标体同步运动，保持绳索竖直；

步骤二：在目标体摆动角度很小的状态下，根据悬吊漂浮物随动系统的运动学方程以及方程的对称性和解耦性可将运动学方程简化为：

简化后的运动学方程为：

其中，m为目标体的质量，g为重力加速度，l为吊索长度，为目标体X方向移动的加速度，α为增广状态量，即误差量，θ_x为X方向角度，为X方向上角加速度；

简化前的运动学方程为：

其中，m为目标体的质量，g为重力加速度，l为吊索长度，为目标体X方向移动的加速度，目标体Y方向移动的加速度，α_x为X方向增广状态量，即X方向误差量，α_y为Y方向增广状态量，即Y方向误差量，J_x为目标体X方向上的干扰力，J_y为目标体Y方向上的干扰力，θ_x为X方向角度，θ_y为Y方向角度，为X方向角加速度，为Y方向角加速度；通过悬吊漂浮物随动系统X方向坐标系及运动学方程可发现θ_x、x两个自由度方程与θ_y、y两个自由度方程是对称的，说明自由度θ_x、x与θ_y、y相互解耦；

步骤三：根据简化的运动学方程设计具有指数收敛性能的欠驱动滑模控制器：

将运动学方程改写为和的函数形式：

然后，根据上式获得具有指数收敛性能的欠驱动滑模控制器：

其中，c_x1为X方向积分收敛项，c_x2为X方向比例收敛项，s_x为X方向的动态滑模函数，M_x为X方向滑模趋近律的切换增益，λ_x为X方向滑模趋近律的指数收敛项，为目标体X方向移动的速度，为目标体X方向移动的加速度，α_x为X方向状态量，即X方向误差量，θ_x为X方向角度，为X方向角速度，g为重力加速度，l为吊索长度；

该控制器只基于运动学方程，简化了设计流程，控制律作为电机的加速度，可积分后直接控制电机速度，控制器将吊索摆角对时间的积分作为跟踪误差，并同时使角度和角度微分为零，提高了低重力模拟设备的控制精度；控制器中加入指数收敛项，使系统响应速度更快且削弱了抖动；

步骤四：调节控制器参数：调节切换控制参数，使系统误差收敛；调节等效控制参数，将系统状态保持在滑模面上；精调切换控制参数，保证误差收敛为0并防止振荡。

2.根据权利要求1所述的一种悬吊漂浮物随动系统的欠驱动滑模控制方法，其特征在于，步骤四调节控制器参数：

调节切换控制参数M_x和λ_x，使系统误差有收敛趋势；调节等效控制参数c_x1和c_x2，将系统状态保持在滑模面上；精调切换控制器指数项参数M_x和λ_x，使系统误差收敛到零，为了保证误差快速收敛并防止振荡，应在增大λ_x的同时减小M_x。