[发明专利]一种悬吊漂浮物随动系统的降维观测器和控制器设计方法

说明书

一种悬吊漂浮物随动系统的降维观测器和控制器设计方法，它属于悬吊漂浮物随动系统控制技术领域。本发明解决了悬吊漂浮物随动控制系统制动阶段的水平运动控制精度低的问题。本发明利用局部线性化将系统非线性模型转换为T‑S模糊形式，并设计降维观测器和控制器，得到了新颖的稳定性和鲁棒性条件，降低了T‑S模糊控制系统本身的保守性，使系统制动阶段的水平运动控制精度得到很大提升，达到了较理想的控制效果。本发明可以应用于悬吊漂浮物随动系统控制技术领域。

技术领域

本发明属于悬吊漂浮物随动系统控制技术领域，具体涉及一种悬吊漂浮物随动系统的降维观测器-控制器设计方法方法。

背景技术

随着航天技术的进步，太空领域逐渐得到各国的重视，航天器在太空中经常会处于低重力环境，因此在地面上模拟航天器在低重力环境下的运动，对航天器研究有着重要意义。

模拟航天器低重力环境的常用技术方法有：失重飞机法、悬吊法、水下模拟法等，其中悬吊方法由于实验成本低、控制精度较高，在实验中得到了广泛应用。悬吊漂浮物随动控制系统通过控制吊索角度与铅垂线的夹角积分致零，减少架空移动系统的惯性影响，能够实现较高的控制精度和快速响应速度。但由于悬吊物吊索连接处的摩擦较小，导致悬吊漂浮物随动控制系统水平方向的阻尼极小，所以，水平运动控制精度低问题一直没有得到较好的解决。

当前对于悬吊漂浮物随动系统水平运动控制的研究文献较少，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》设计了一种基于等效控制的滑模控制方法，通过随动系统动力学方程推出等效控制，结合带指数收敛项的切换控制使系统迅速保持在滑模面上，进而消除抖动。文献《基于干扰力时间积分的悬吊漂浮物随动控制方法》针对悬吊漂浮物随动系统的目标体的运动干扰问题，提出了基于干扰力时间积分的悬吊漂浮物随动控制方法。但当前的主要研究均集中于悬吊漂浮物系统跟随运动阶段的控制问题，对于系统制动阶段的控制问题，还尚无较好的解决方案。

发明内容

本发明的目的是为了解决悬吊漂浮物随动控制系统制动阶段的水平运动控制精度低的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种悬吊漂浮物随动系统的降维观测器和控制器设计方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：建立悬吊漂浮物随动系统的运动学和动力学模型；

步骤二：根据步骤一建立的悬吊漂浮物随动系统的运动学和动力学模型，建立悬吊漂浮物随动系统的T-S模糊模型；

步骤三：基于步骤二建立的悬吊漂浮物随动系统的T-S模糊模型，设计悬吊漂浮物随动系统制动阶段的降维观测器和控制器；

步骤四：通过对悬吊漂浮物随动系统进行鲁棒性和稳定性分析求解降维观测器和控制器的增益矩阵；

步骤五：将求解的降维观测器和控制器的增益矩阵代入步骤三的悬吊漂浮物随动系统制动阶段的降维观测器和控制器，完成悬吊漂浮物随动系统的降维观测器和控制器的设计。

本发明的有益效果是：本发明的一种悬吊漂浮物随动系统的降维观测器和控制器设计方法，本发明利用局部线性化将系统非线性模型转换为T-S模糊形式，并设计降维观测器和控制器，得到了新颖的稳定性和鲁棒性条件，降低了T-S模糊控制系统本身的保守性，使系统制动阶段的水平运动控制精度得到很大提升，达到了较理想的控制效果。

附图说明

图1是本发明的一种悬吊漂浮物随动系统的降维观测器和控制器设计方法的流程图；

图2是本发明的悬吊漂浮物随动控制系统的示意图；

图3是采用本发明方法对吊索摆角θ的控制效果图；

图4是采用本发明方法对角速度的控制效果图；

图5是采用本发明方法对平台运动速度v的控制效果图。

具体实施方式