欠驱动系统的控制方式构建方法及装置、存储介质和终端制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种欠驱动系统的控制方式构建方法及装置、存储介质和终端，其中方法包括：构建预设欠驱动系统在存在外部扰动的情况下的原动态模型，并基于模型转换将原动态模型转换为第一级联模型，第一级联模型包括第一子系统和第二子系统；确定预设欠驱动系统在存在外部扰动的情况下的控制目标；根据第一级联模型和所述控制目标构建滑模控制方法。本发明专利技术方法在有不确定的外界干扰的情况下提供一种滑模控制方式的构建方法，以使得欠驱动系统的滑模控制方式在外部干扰的情况下也能具有较好的控制性能和鲁棒性。

Construction method of control mode, device, storage medium and terminal of underdrive system

【技术实现步骤摘要】
欠驱动系统的控制方式构建方法及装置、存储介质和终端
本专利技术属于欠驱动系统自动控制
，主要涉及了一种欠驱动系统的控制方式构建方法。
技术介绍
欠驱动系统是指控制输入维数少于系统自由度个数的一类非线性系统，在各种领域应用广泛，比如机器人、航天航空、海洋舰艇和交通运输等领域。具有旋转激励的平移振荡器(Translationaloscillatorswithrotatingactuator，简称TORA，又称为RTAC)作为一个四阶的欠驱动基准系统，组成结构包括一个不可直接驱动的平移振荡小车和由电机驱动的小球，因其很强的非线性和欠驱动特性，通常用于对一些低阶非线性控制器的性能进行的研究中。欠驱动RTAC系统常见的控制方法有：先结合部分反馈线性化和解耦处理将系统转换为级联系统，然后基于积分反步法设计出系统的控制方法；基于RTAC系统的无源性对整个系统设计控制方法。除此之外，在基于能量的RTAC系统稳定控制问题、RTAC系统的全局输出跟踪问题、n-RTAC系统的PD控制问题、RTAC系统的自整定滑模控制、基于模糊控制的RATC系统轨迹跟踪控制问题、基于TP模型转换的RTAC系统非线性控制问题等等方面都有学者进行了深入研究。但现有的大部分控制方法都是假定控制过程中不存在外部干扰，而在实际情况下，外部干扰是不可忽略的，摩擦、外界环境等外部干扰可能影响控制方法的控制性能，使其达不到理想的控制效果。因此，研究设计一个考虑外界干扰并具有良好的稳定性和鲁棒性的控制方法是具有实际与理论意义的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有欠驱动系统常见的控制方法的构建过程均未考虑外部干扰因素，从而使得构建的控制方法不能达到理想的控制效果。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种欠驱动系统的控制方式构建方法，包括：构建预设欠驱动系统在存在外部扰动的情况下的原动态模型，并基于模型转换将所述原动态模型转换为第一级联模型，所述第一级联模型包括第一子系统和第二子系统；确定所述预设欠驱动系统在存在外部扰动的情况下的控制目标；根据所述第一级联模型和所述控制目标构建滑模控制方法。优选地，构建预设欠驱动系统在存在外部扰动的情况下的原动态模型，并基于模型转换将所述原动态模型转换为第一级联模型步骤包括：构建在存在外部扰动的情况下的预设欠驱动系统的原动态模型；基于预设辅助变量将所述原动态模型转换为无量纲模型；基于预设变量将所述无量纲模型转换为第一级联模型。优选地，根据所述第一级联模型和所述控制目标构建滑模控制方法步骤包括：通过设置控制输入和虚拟控制输入，将所述第一级联模型转化为第二级联模型，所述第二级联模型包括第三子系统和第四子系统；基于所述第二级联模型设计滑模面表达式，并根据所述滑模面表达式设计滑模控制方法。优选地，通过设置控制输入和虚拟控制输入，将所述第一级联模型转化为第二级联模型步骤包括：确定控制输入，并假设对应的虚拟控制输入，以使得所述第一子系统处于稳定状态；确定所述控制输入与所述虚拟控制输入的偏差表达式；基于所述偏差表达式和所述预设辅助变量将所述第一级联模型转化为第二级联模型。优选地，基于所述第二级联模型设计滑模面表达式包括：基于所述第二级联模型中的所述第四子系统设计滑模面表达式，以使得所述第四子系统处于稳定状态。优选地，还包括：对处于所述滑模控制方法控制下的所述预设欠驱动系统进行稳定性分析。优选地，通过仿真实验对处于所述滑模控制方法控制下的所述预设欠驱动系统进行稳定性分析。优选地，所述预设欠驱动系统为欠驱动RTAC系统。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种欠驱动系统的控制方式构建装置，包括模型构建与转换模块、控制目标确定模块和滑模控制方法构建模块；所述模型构建与转换模块，用于构建预设欠驱动系统在存在外部扰动的情况下的原动态模型，并基于模型转换将所述原动态模型转换为第一级联模型，所述第一级联模型包括第一子系统和第二子系统；所述控制目标确定模块，用于确定所述预设欠驱动系统在存在外部扰动的情况下的控制目标；所述滑模控制方法构建模块，用于根据所述第一级联模型和所述控制目标构建滑模控制方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现所述欠驱动系统的控制方式构建方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种终端，包括：处理器以及存储器，所述存储器与所述处理器之间通信连接；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行所述欠驱动系统的控制方式构建方法。与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：应用本专利技术实施例提供的欠驱动系统的控制方式构建方法，在有不确定的外界干扰的情况下提供一种滑模控制方式的构建方法，以使得欠驱动系统的滑模控制方式在外部干扰的情况下也能具有较好的控制性能和鲁棒性。更进一步地，本专利技术主要针对欠驱动RATC系统在具有外界干扰的控制问题构建了控制方法。具体先将欠驱动RTAC系统的原动态模型进行无量纲化处理，并对其进行模型转换得到第一级联形式；而后在第一级联形式中提出一个基于偏差的子系统；最后再基于偏差的子系统提出滑模控制方法。本专利技术方法通过严格的数学分析保证了整个系统和各个子系统的稳定性。综上所述，本专利技术所提的控制方法不仅可以保证整个系统的稳定性，考虑到了现有控制方法没有考虑到的外界干扰等问题，具有实际意义，同时相比于现有的控制方法，本专利技术的控制方法具有较好的控制性能与鲁棒性。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1示出了本专利技术实施例一欠驱动系统的控制方式构建方法步骤示意图；图2示出了本专利技术实施例一欠驱动RTAC系统模型结构图；图3示出了本专利技术实施例一仿真试验中当ε＝0.1时，不同初始条件的仿真结果图；图4示出了本专利技术实施例一仿真实验中不同系统参数的仿真结果图；图5示出了本专利技术实施例一仿真实验中加入外界干扰的本专利技术提出的滑模控制方法的仿真图；图6示出了在仿真实验中加入相同外界干扰的PD控制方法的仿真图；图7示出了本专利技术实施例二欠驱动系统的控制方式构建装置结构示意图；图8示出了本专利技术实施例四终端的结构示意图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。欠驱动系统是指控制输入维数少于系统自由度个数的一类非线性系统。欠驱动RTAC系统是一个四阶的欠驱动基准系统通常用于对一些低阶非线性控制器的性能进行的研究中。现有的欠驱动系统常见的控制方法都是假定控制过程中不存在外部干扰，而在实际情况下，外部干扰是不可忽略的，摩擦、外界环境等外部干扰可能影响控制方法的控制性能，使其达不到理想本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种欠驱动系统的控制方式构建方法，包括：构建预设欠驱动系统在存在外部扰动的情况下的原动态模型，并基于模型转换将所述原动态模型转换为第一级联模型，所述第一级联模型包括第一子系统和第二子系统；确定所述预设欠驱动系统在存在外部扰动的情况下的控制目标；根据所述第一级联模型和所述控制目标构建滑模控制方法。

【技术特征摘要】
1.一种欠驱动系统的控制方式构建方法，包括：构建预设欠驱动系统在存在外部扰动的情况下的原动态模型，并基于模型转换将所述原动态模型转换为第一级联模型，所述第一级联模型包括第一子系统和第二子系统；确定所述预设欠驱动系统在存在外部扰动的情况下的控制目标；根据所述第一级联模型和所述控制目标构建滑模控制方法。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，构建预设欠驱动系统在存在外部扰动的情况下的原动态模型，并基于模型转换将所述原动态模型转换为第一级联模型步骤包括：构建在存在外部扰动的情况下的预设欠驱动系统的原动态模型；基于预设辅助变量将所述原动态模型转换为无量纲模型；基于预设变量将所述无量纲模型转换为第一级联模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述第一级联模型和所述控制目标构建滑模控制方法步骤包括：通过设置控制输入和虚拟控制输入，将所述第一级联模型转化为第二级联模型，所述第二级联模型包括第三子系统和第四子系统；基于所述第二级联模型设计滑模面表达式，并根据所述滑模面表达式设计滑模控制方法。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过设置控制输入和虚拟控制输入，将所述第一级联模型转化为第二级联模型步骤包括：确定控制输入，并假设对应的虚拟控制输入，以使得所述第一子系统处于稳定状态；确定所述控制输入与所述虚拟控制输入的偏差表达式；基于所述偏差表达式和所述预设辅助变量将所述第一级联模型转化为第二级联模型。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基...

【专利技术属性】
技术研发人员：武宪青，徐可心，马淼，柯飂挺，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33