TORA系統(tǒng)周期性軌跡穩(wěn)定控制策略研究.pdf

1、欠驅動系統(tǒng)是指獨立控制輸入量少于系統(tǒng)自由度的一類非線性系統(tǒng)，廣泛存在于交通運輸、機器人、航空航天器等復雜系統(tǒng)領域;欠驅動系統(tǒng)由于控制輸入的缺失使得其控制問題成為控制領域富有挑戰(zhàn)性的研究熱點之一。具有旋轉激勵的平移振蕩(TORA)器是由欠驅動的平移小車及安裝在其上的驅動旋轉小球組成，是典型的欠驅動基準系統(tǒng)。針對TORA系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制目標主要集中在平衡點鎮(zhèn)定，本文研究其周期性軌跡的跟蹤控制，主要研究內容包括:
　　首先，基于拉格朗日

2、方程建立了斜面TORA系統(tǒng)的動力學模型，分析了系統(tǒng)動力學特征;設計了兩種典型的周期性軌跡，包括同時實現(xiàn)平移小車和旋轉小球周期性振蕩的周期性軌跡，以及平移小車周期性運動、旋轉小球保持定值的周期性軌跡。
　　其次，采用虛約束技術，給出了同時實現(xiàn)平移小車和旋轉小球周期性振蕩的周期性軌跡設計，構造了平移小車與旋轉小球間的虛約束方程，設計了控制李雅普諾夫函數(shù)，基于李雅普諾夫穩(wěn)定第二定理得出了系統(tǒng)控制器，實現(xiàn)了目標周期性軌跡的跟蹤控制;通過數(shù)

3、字仿真證明了所設計的基于虛約束控制方法的有效性。
　　再次，對比虛約束控制方法，針對平移小車的周期性運動，給出一種基于系統(tǒng)能量的控制設計方案。該方案基于系統(tǒng)總能量守恒的思想，將系統(tǒng)總能量考慮到控制李雅普諾夫函數(shù)中得到系統(tǒng)控制器，實現(xiàn)了目標周期性軌跡的跟蹤控制，設計過程簡潔;通過與虛約束法的數(shù)字仿真實驗對比說明了該方案的可行性與優(yōu)越性。
　　最后，搭建了一個TORA裝置平臺，對裝置平移振蕩過程中的摩擦力進行建模辨識;采用前饋補