一种采用反演滑模制造技术

本发明专利技术提供了一种采用反演滑模

【技术实现步骤摘要】
一种采用反演滑模PID混合切换的倒立摆控制方法


[0001]本专利技术涉及倒立摆控制领域，具体而言，涉及一种采用反演滑模
PID
混合切换的倒立摆控制方法
。

技术介绍

[0002]倒立摆系统是研究控制理论的一种典型实验装置，具有成本低
、
结构简单
、
物理参数和结构易于调整的优点
。
它是一个具有高阶次
、
不稳定
、
多变量
、
非线性和强耦合特性的不稳定系统
。
在控制过程中，它能有效地反映比如可镇定型
、
鲁棒性
、
随动性以及跟踪等许多控制中的关键问题，因此它在我国以及世界工业应用中具有重要的研究意义
。
目前采用反演控制的倒立摆优点在于其在中等误差时，具有较理想的稳定性与响应速度；而采用
PID
控制的倒立摆在小误差时具有较好的快速性与稳定性，但误差变大时，其快速性会下降，如果通过调节参数增大增益，又会导致其不稳定
。
滑模控制的倒立摆在大误差时具有很好的稳定性与响应速度；但当误差变小时，其稳态精度并不高
。
基于上述背景原因，本专利技术提出了一种能够结合反演
、
滑模与改进
PID
三者优点，并根据误差大小自由切换的倒立摆控制规律，最终实现了较好的控制效果，也使得本倒立摆装置具有很高的实验推广价值
。
[0003]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分专利技术的信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种采用反演滑模
PID
混合切换的倒立摆控制方法，进而克服了由于相关技术缺陷导致的倒立摆控制多种控制方法优点不能兼顾的问题
。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供一种采用反演滑模
PID
混合切换的倒立摆控制方法动，包括以下六个步骤：
[0006]步骤
S10
，在倒立摆上安装微型陀螺仪，测量倒立摆的摆角；然后设定期望摆角，并进行比较，得到摆角误差信号；再对误差信号进行非线性变换后积分得到摆角误差非线性积分信号；再将期望摆角信号通过二阶延迟器，得到摆角期望二阶延迟信号；然后采用摆角期望二阶延迟信号与摆角信号进行比较解算摆角期望微分信号
。
[0007]步骤
S20
，将摆角误差信号通过二阶延迟器，得到摆角误差二阶延迟信号；然后采用摆角误差二阶延迟信号与摆角误差信号进行比较解算摆角误差微分信号；根据所述的摆角期望微分信号叠加摆角误差信号
、
摆角误差非线性积分信号
、
摆角误差微分信号构成摆角速度期望信号；然后倒立摆上安装微型速率陀螺仪，测量倒立摆的摆角速度，再采用摆角速度与摆角速度期望信号进行比较得到摆角速度误差信号；再采用摆角速度误差信号进行非线性变换并积分，得到摆角速度误差非线性积分信号
。
[0008]步骤
S30
，将摆角速度误差信号通过二阶延迟器，得到摆角速度误差二阶延迟信号；然后采用摆角速度误差二阶延迟信号与摆角速度误差信号进行比较解算摆角速度误差微分信号；根据摆角速度误差信号与摆角速度信号采用自适应方法设计角速度系数估计律
信号，再进行积分得到角速度系数估计信号；根据摆角速度误差信号与摆角信号采用自适应方法设计角度系数估计律信号，再进行积分得到角度系数估计信号；最后叠加摆角速度误差信号
、
摆角速度误差微分信号
、
摆角速度误差非线性积分信号得到倒立摆反演控制信号
。
[0009]步骤
S40
，根据所述的摆角误差信号进行非线性变换，得到摆角误差非线性变换信号；根据所述的摆角速度误差信号进行非线性变换，得到摆角速度误差非线性变换信号；再采用摆角误差非线性变换信号
、
摆角速度误差非线性变换信号叠加摆角误差信号
、
摆角速度误差信号
、
摆角速度误差微分信号得到摆角误差二阶滑模信号，再进行非线性变换后积分得到滑模非线性积分信号
。
[0010]步骤
S50
，将摆角误差二阶滑模信号通过二阶延迟器，得到摆角误差二阶滑模二阶延迟信号；然后采用摆角误差二阶滑模二阶延迟信号与摆角误差二阶滑模信号进行比较解算摆角误差滑模微分信号；根据摆角误差二阶滑模信号与摆角速度信号采用自适应方法设计角速度滑模系数估计律信号，再进行积分得到角速度滑模系数估计信号；根据摆角误差二阶滑模信号与摆角信号采用自适应方法设计角度滑模系数估计律信号，再进行积分得到角度滑模系数估计信号；最后叠加摆角误差滑模微分信号
、
摆角误差二阶滑模信号
、
滑模非线性积分信号得到倒立摆滑模控制信号
。
[0011]步骤
S60
，根据所述的摆角误差信号
、
摆角速度信号
、
摆角误差非线性积分信号
、
摆角速度误差微分信号组成倒立摆改进
PID
控制信号；然后根据所述的摆角误差信号与区间参数进行比较，求解反演权重参数
、
滑模权重参数
、PID
权重参数；最后采用所述的倒立摆改进
PID
控制信号
、
倒立摆滑模控制信号
、
倒立摆反演控制信号与反演权重参数
、
滑模权重参数
、PID
权重参数进行组合得到倒立摆的总切换控制信号，实现倒立摆的稳定控制
。
[0012]在本专利技术的一种示例实施例中，对摆角误差信号进行非线性变换后积分得到摆角误差非线性积分信号；再将期望摆角信号通过二阶延迟器，得到摆角期望二阶延迟信号；然后采用摆角期望二阶延迟信号与摆角信号进行比较解算摆角期望微分信号包括：
[0013]e1＝
θ
‑
θ
d
；
[0014][0015][0016][0017]其中
θ
为倒立摆的摆角信号；
θ
d
为期望摆角信号，
e1为摆角误差信号；
T
为常值积分时间参数，
ε0为常值非线性变换参数，
θ
a1
为常值积分抗饱和参数，
e
s1
为摆角误差非线性积分信号；
T1、T2为二阶延迟器的常值时间参数，
q
为传递函数的微分算子；
θ
d1
为摆角期望二阶延迟信号；
θ
dd
为摆角期望微分信号
。
[0018]在本专利技术的一种示例实施例中，根据所述的摆角本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种采用反演滑模
PID
混合切换的倒立摆控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
S10
，在倒立摆上安装微型陀螺仪，测量倒立摆的摆角；然后设定期望摆角，并进行比较，得到摆角误差信号；再对摆角误差信号进行非线性变换后积分得到摆角误差非线性积分信号；再将期望摆角信号通过二阶延迟器，得到摆角期望二阶延迟信号；然后采用摆角期望二阶延迟信号与摆角信号进行比较解算摆角期望微分信号如下：
e1＝
θ
‑
θ
d
；；；其中
θ
为倒立摆的摆角信号；
θ
d
为期望摆角信号，
e1为摆角误差信号；
T
为常值积分时间参数，
ε0为常值非线性变换参数，
θ
a1
为常值积分抗饱和参数，
e
s1
为摆角误差非线性积分信号；
T1、T2为二阶延迟器的常值时间参数，
q
为传递函数的微分算子；
θ
d1
为摆角期望二阶延迟信号；
θ
dd
为摆角期望微分信号；步骤
S20
，将摆角误差信号通过二阶延迟器，得到摆角误差二阶延迟信号；然后采用摆角误差二阶延迟信号与摆角误差信号进行比较解算摆角误差微分信号；根据所述的摆角期望微分信号叠加摆角误差信号
、
摆角误差非线性积分信号
、
摆角误差微分信号构成摆角速度期望信号；然后倒立摆上安装微型速率陀螺仪，测量倒立摆的摆角速度，再采用摆角速度与摆角速度期望信号进行比较得到摆角速度误差信号；再采用摆角速度误差信号进行非线性变换并积分，得到摆角速度误差非线性积分信号如下：性变换并积分，得到摆角速度误差非线性积分信号如下：
ω
d
＝
‑
k1e1‑
k2e
1d
‑
k0e
s1
+
θ
dd
；
e2＝
ω
‑
ω
d
；其中
e
11
为摆角误差二阶延迟信号；
e
1d
为摆角误差微分信号；
k1、k2、k0为常值参数，
ω
d
为摆角速度期望信号；
ω
为倒立摆的摆角速度信号，
e2为摆角速度误差信号；
θ
a2
为常值积分抗
饱和参数，
e
s2
为摆角速度误差非线性积分信号；步骤
S30
，将摆角速度误差信号通过二阶延迟器，得到摆角速度误差二阶延迟信号；然后采用摆角速度误差二阶延迟信号与摆角速度误差信号进行比较解算摆角速度误差微分信号；根据摆角速度误差信号与摆角速度信号采用自适应方法设计角速度系数估计律信号，再进行积分得到角速度系数估计信号；根据摆角速度误差信号与摆角信号采用自适应方法设计角度系数估计律信号，再进行积分得到角度系数估计信号；最后叠加摆角速度误差信号
、
摆角速度误差微分信号
、
摆角速度误差非线性积分信号得到倒立摆反演控制信号如下：如下：如下：如下：如下：如下：如下：其中
e
21
为摆角速度误差二阶延迟信号；
e
2d
为摆角速度误差微分信号；
k
b1
为常值参数，用于控制角速度系数估计值收敛快慢；为角速度系数估计律信号，为角速度系数估计信号；
k
b2
为常值参数，用于控制角度系数估计值收敛快慢；为角度系数估计律信号，为角度系数估计信号；
k3、k4、k5为常值参数，
a1为倒立摆反演控制信号；步骤

【专利技术属性】
技术研发人员：吴华丽，王高敏，
申请(专利权)人：重庆人文科技学院，
类型：发明
国别省市：