[发明专利]一种欠驱动系统的控制方法

说明书

本发明为一种欠驱动系统的控制方法，包括：构建预设欠驱动系统，其存在输入向量和输出向量之间的动力学模型，并基于模型映射将所述动力学模型转换为状态空间表达式；将所述状态空间表达式通过坐标变换，解耦为至少一个全驱动子系统；确定所述全驱动子系统的时变参数，并建立U模型；将所述U模型通过以线性极点配置的方法确定期望输出；将所述全驱动子系统通过反步迭代确定所述全驱动子系统的控制输入量，形成基于U模型的解耦控制闭环系统。

技术领域

本发明涉及控制技术领域，特别涉及一种欠驱动系统的控制方法。

背景技术

在控制领域，欠驱动系统普遍存在。系统的欠驱动性是指控制输入向量的维数小于系统自由度的维数。典型代表有航空航天器，球棒系统(倒立摆，TORA(TranslationalOscillations with a Rotational Actuator))，机器人以及大多数的水面水下舰艇[1-6]。这类系统节省了部分驱动器，降低了系统本身的复杂程度与能量消耗，在有效减轻了结构重量的同时也降低了成本。但欠驱动系统的内部动力学特性复杂，耦合程度高，非线性强，给控制带来了极大的挑战。因此，欠驱动系统控制方法的研究，具有重要价值。

发明内容

本发明提供一种欠驱动系统的控制方法，用以解决欠驱动系统的内部动力学特性复杂，耦合程度高，非线性强，难以控制的情况。一种欠驱动系统的控制方法，其特征在于，包括：

构建预设欠驱动系统，其存在输入向量和输出向量之间的动力学模型，并基于模型映射将所述动力学模型转换为状态空间表达式；

将所述状态空间表达式通过坐标变换，解耦为至少一个全驱动子系统；

确定所述全驱动子系统的时变参数，并建立以伪线性表达式为表现形式的U模型；

将所述U模型通过以线性极点配置的方法确定期望输出；

将所述全驱动子系统通过反步迭代确定所述全驱动子系统的控制输入量，构成基于U模型的解耦控制闭环系统。

进一步地：所述欠驱动系统的构建，即为在任意的m维输入向量和n维输出向量构建所述欠驱动系统的动力学模型，如下：

其中，i＝(1,2,3,……n)，j＝(1,2,3,……m)；y_i＝[y₁,y₂,...y_n]^T∈Rⁿ是系统的n维自由度向量，为y_i对时间t的s阶偏导数；是系统的m维控制输入向量，f_i(*),g_ij(*)均为平滑非线性函数。

进一步地：所述动力学模型基于模型映射获得的所述状态空间表达式为：

进一步地：所述状态空间表达式通过坐标变换得到，得到所述全驱动子系统的步骤：

将所述状态空间表达式通过坐标变换的方式解耦，得到一个新的坐标系统：

以第n个自由度中的第m个输入项g_nmu_m为工具，分别消除其余n-1个自由度中的第m个输入项g_imu_m(i＝1,2,...,n-1)

同理，以第n-1个自由度中的第m-1个输入项g_n-1,m-1u_m-1为目标，分别消除其余n-1个自由度中的第m-1个输入项g_im-1u_m-1(i＝1,2,...,n-2,n)

重复上述计算步骤m次，直到每一个自由度只对应一个输入项；