[发明专利]一种基于滑模变结构控制的削弱磁悬浮飞轮抖振的方法

权利要求书

1.一种基于滑模变结构控制的削弱磁悬浮飞轮抖振的方法，其特征在于，包括

步骤2，设计基于自适应无迹卡尔曼滤波算法AUKF，通过检测状态变量微分累积值，判断状态是否突变；并基于该自适应无迹卡尔曼滤波算法，利用控制量和输出量估计外部扰动，自适应调节变结构切换增益，使增益随外部扰动变化，实现抑制系统的抖振。

2.根据权利要求1所述的一种基于滑模变结构控制的削弱磁悬浮飞轮抖振的方法，其特征在于，步骤2之前还包括：

步骤1，在利用滑模变结构控制系统的广义描述函数法和自适应无迹卡尔曼滤波算法，以变结构控制引入的抖振和系统稳定性为研究对象，设计出频率相关描述函数N(A,ω)的稳定性判据；由该判据得出系统的抖振状态。

3.根据权利要求1所述的一种基于滑模变结构控制的削弱磁悬浮飞轮抖振的方法，其特征在于，步骤2之后还包括：

步骤3，通过状态扩维，将系统输出量积分值作为一个状态变量；根据系统输出误差，设计了滑模切换项增益调度规则；并确定滑模控制参数与闭环控制系统的二次稳定性、H_Δ性能指标的关系，经过对非匹配不确定项的处理，得到满足控制性能要求的滑模控制参数，使磁悬浮飞轮在高速状态下减弱抖振的产生。

4.根据权利要求1所述的一种基于滑模变结构控制的削弱磁悬浮飞轮抖振的方法，其特征在于，所述步骤2的具体实现包括如下：

由测量单摆角度的抖振特性可得单摆系统状态方程

其中M＝1.1kg,g＝9.8m/s2,S＝0.9m,J＝ML2＝0.891kg·m2,C_s＝0.18N·m·s/rad,Ps＝0.15N·m，扰动信号(t,θ,ω)＝0.1sin3kTe+0.1cos5kTe，变量θ,ω分别为单摆的角度和角速度,u为控制器的力矩控制量,Δ(t,θ,ω)为不确定扰动；

假设1：控制系统无法直接测量单摆角速度ω；

假设2：无法估计Δ(t,θ,ω)的变化范围；

输出微分二阶采样变结构控制器根据状态θ,ω确定控制增益切换律，而增益大小由f(θ,ω)+Δ(t,θ,ω)确定；

在两个假设条件的限制下，利用AUKF同时估计ω和Δ(t,θ,ω)：首先选择状态变量x＝[x₁,x₂,x₃]^T和观测变量y＝[θ]^T，再建立状态方程(2-2)和观测方程(2-3)，其中x₁，x₂分别为单摆的角度和角速度，x₃为不确定扰动，θ为测量的单摆角度值；状态方程(2-2)中的u_k-1为已知的控制量；

将式(2-2),(2-3)代入标准AUKF算法中,可估计单摆的角速度和不确定扰动Δ(t,x₁,x₂)，得出增益可调节的二阶采样变结构控制器，控制器如表达式(2-4)所示：