[发明专利]一种欠驱动系统控制方法、装置、设备及介质

说明书

对于欠驱动TORA系统，目前常用的积分反步控制方法存在控制方法结构复杂，不易实现等问题，本发明提供了一种基于级联控制技术和滤波器技术的欠驱动系统的控制方法、装置、设备及计算机存储介质，可以有效地简化所述欠驱动TORA系统控制方法的设计，使控制方法结构更加简单，并且易于实现。

技术领域

本发明涉及一种欠驱动系统的控制技术，具体是一种具有旋转激励的平移振荡器系统的控制方法、装置、设备及计算机存储介质。

背景技术

欠驱动系统是系统的控制量少于系统自由度的一类非线性系统，其具有结构简单、能耗低、硬件成本低等优点，广泛地应用在机器人、航天航空、车辆等领域。具有旋转激励的平移振荡器(Translational Oscillators with Rotating Actuator，简称TORA)作为其中一种典型的欠驱动基准系统，该模型原本作为双自旋航天器的简化模型用来研究共振现象，其组成结构包括一个不可直接驱动的平移振荡小车和一个可直接驱动的旋转小球，所述平移振荡小车通过一个弹簧连接在固定面上，所述旋转小球由电机驱动可在水平平面上旋转。所述TORA系统一般作为一个四阶非线性基准系统，对一些低阶非线性控制器的性能进行研究^[1]。

近年来已有多位学者对所述TORA系统进行过广泛的研究，目前比较常见的控制方法有：基于级联和基于无源性的控制方法^[2]、基于积分反步法的控制方法^[3]和基于能量分析的控制方法^[4]等。其中，基于积分反步法的控制方法在所述TORA系统研究中为运用较为广泛的控制方法之一。众所周知，基于积分反步法设计的控制方法在解决某些不确定性系统的跟踪或调节问题有很大的优势，但是积分反步控制方法需要先将系统分解为多个子系统构成的级联系统，然后从第一个子系统开始，对每一个子系统构造一个虚拟控制变量进行设计，直至设计出真正的控制输入实现每一个子系统的控制目标，并使整个系统完成调节或跟踪控制功能^[5]。但如果系统分解成为多个子系统，那么就需要对多个子系统进行分析，就有多个虚拟控制变量，所以其控制方法结构十分复杂，使得其在具体实践过程中较难实现。

发明内容

鉴于以上现有的积分反步控制方法的缺点，本发明的目的在于提供一种欠驱动系统的控制方法、装置、设备及计算机存储介质，用于解决现有的积分反步控制方法结构复杂且不易实现的问题，有效地简化所述控制方法的设计，使所述控制方法具有结构简单、易于实现等优点。

为了有效地解决所述TORA系统控制方法结构复杂的问题，不同于现有方法，本发明所提出的方法结合级联控制技术和滤波器技术，从而有效得简化了所述控制方法的设计，使所述控制方法具有更为简单的表达式，并且易于实现。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种欠驱动系统的控制方法，所述欠驱动系统为具有旋转激励的平移振荡器，包括一个平移振荡小车和一个由外力驱动的旋转小球，所述控制方法包括以下步骤：

根据所述系统的特征，确定所述系统的动态模型；

将所述动态模型变换为所述系统的级联模型，所述级联模型包括第一子系统和第二子系统；

基于所述第一子系统的控制输入设计虚拟控制变量，以实现所述第一子系统的控制目标；

构建所述第一子系统的所述控制输入和所述虚拟控制变量的偏差变量，基于所述偏差变量构建滤波器变量，以实现所述第二子系统的控制目标；

基于所述虚拟控制变量和所述偏差变量构建整个系统的全局控制器，所述全局控制器为所述系统的实际控制输入与所述系统的实际控制输出之间的关系，从而通过调整所述系统的实际控制输入对所述系统的实际控制输出进行控制，实现整个系统的控制目标。