基于扩张状态观测器的直线倒立摆自抗扰控制方法技术

本发明专利技术公开了基于扩张状态观测器的直线倒立摆自抗扰控制方法，首先建立直线倒立摆系统模型，再构建新型非线性函数，接着基于直线倒立摆系统模型和新型非线性函数组建直线倒立摆自抗扰控制器，其中直线倒立摆自抗扰控制器包括跟踪微分器、非线性状态误差反馈控制器和扩张状态观测器，所述跟踪微分器用于安排过渡过程并优化输入信号；本发明专利技术实现了具有提高对内外扰动的观测及补偿效果的功能，且在直线倒立摆控制上稳定性更好，控制精度更高，而自抗扰控制器利用新型非线性函数的优异性能使得该控制方法具有速度较快和高稳定性的功能，经过仿真实验，验证了该控制方法对倒立摆摆杆角度控制的稳定性和控制精度，适合被广泛推广和使用。和使用。和使用。

【技术实现步骤摘要】
基于扩张状态观测器的直线倒立摆自抗扰控制方法


[0001]本专利技术涉及直线倒立摆控制
，具体涉及基于扩张状态观测器的直线倒立摆自抗扰控制方法。

技术介绍

[0002]倒立摆系统由于非线性、不稳定和多变量等特点，能直观的表现控制系统的稳定性、可控性、收敛速度和抗干扰能力，为了实现对倒立摆的稳定控制，控制领域学者进行广泛研究。
[0003]目前，倒立摆系统采用较多的控制方法主要有：PID控制、鲁棒控制和模糊控制；现有的非线性函数在原点平滑性不够，并且存在高频颤震，没有很好的解决倒立摆控制的精度和稳定性问题；因此，需要设计基于扩张状态观测器的直线倒立摆自抗扰控制方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，为更好的解决现有的非线性函数在原点平滑性不够，并且存在高频颤震，没有很好的解决倒立摆控制精度和稳定性的问题，提供了基于扩张状态观测器的直线倒立摆自抗扰控制方法，其实现了具有提高对内外扰动的观测及补偿效果的功能，且在直线倒立摆控制上稳定性更好，控制精度更高，而自抗扰控制器利用新型非线性函数的优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于扩张状态观测器的直线倒立摆自抗扰控制方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤(A)，建立直线倒立摆系统模型；步骤(B)，构建新型非线性函数；步骤(C)，基于直线倒立摆系统模型和新型非线性函数组建直线倒立摆自抗扰控制器，其中直线倒立摆自抗扰控制器包括跟踪微分器、非线性状态误差反馈控制器和扩张状态观测器，所述跟踪微分器用于安排过渡过程并优化输入信号，所述非线性状态误差反馈控制器用于对误差、误差的积分及误差的微分进行组合并获取控制信号，所述扩张状态观测器用于提取微分信号并观测模型及系统内部的扰动；步骤(D)，利用直线倒立摆自抗扰控制器完成对直线倒立摆系统的自抗扰控制作业。2.根据权利要求1所述的基于扩张状态观测器的直线倒立摆自抗扰控制方法，其特征在于：步骤(A)中直线倒立摆系统模型具体建立步骤为利用受力分析，设F
f
为摩擦力，且得到一级直线倒立摆系统的微分方程如公式(1)所示，其中，m为摆杆的质量，l为摆杆的长度，θ为摆杆的角度，为摆杆与垂直向上方向的夹角，x为小车的位移。3.根据权利要求2所述的基于扩张状态观测器的直线倒立摆自抗扰控制方法，其特征在于：步骤(B)中新型非线性函数具体构建步骤如下，步骤(B1)，新型非线性函数如公式(2)所示，其中，e、a和δ为非线性函数的变量，且δ小于1，k1、k2和k3为增益；步骤(B2)，将函数满足连续可导的条件，求出k1、k2和k3如公式(3)所示，步骤(B3)，将公式(3)代入公式(2)得出nfal(e,a,δ)函数的完整表达式，如公式(4)所示，4.根据权利要求3所述的基于扩张状态观测器的直线倒立摆自抗扰控制方法，其特征在于：步骤(C)中直线倒立摆自抗扰控制器具体构建步骤如下，步骤(C1)，构建跟踪微分器；步骤(C2)，构建非线性状态误差反馈控制器；
步骤(C3)，构建扩张状态观测器。5.根据权利要求4所述的基于扩张状态观测器的直线倒立摆自抗扰控制方法，其特征在于：步骤(C1)中跟踪微分器具体构建步骤如下，步骤(C11)，跟踪微分器的表达式如公式(5)所示，其中，x1(t)为倒立摆的输入信号，h为积分步长，u为最速控制综合函数；步骤(C12)，最速控制综合函数u的表达式如公式(6)所示，u＝fan(x1‑
X
r
,x2,r,h0) (6)其中，x1为摆杆角度的跟踪信号，X
r
为摆杆角度的给定值，x2为角速度信号，r为速度因子，h0为滤波因子...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪金文，胡耀聪，耿树巧，万国杨，邓雄峰，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：