环形一级倒立摆系统的控制方法及实验测试平台、系统

本发明属于倒立摆系统，尤其涉及环形一级倒立摆系统的控制方法及实验测试平台。

背景技术：

1、现有技术的环形一级倒立摆系统控制方法中，通过使用pdc(paralleldistribution compensator，并行分布补偿控制器)来设计线性矩阵不等式，通过求可行解得到pdc的增益参数从而实现环形一级倒立摆系统的稳定控制，但是通过上述方法往往忽略了系统模型不确定因素及外界干扰带来的影响，导致系统的鲁棒性较差；因此针对这些问题，有必要研究一种环形一级倒立摆系统的控制方法及系统，来克服现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

2、环形一级倒立摆系统的控制方法，所述方法包括：

3、基于环形一级倒立摆系统的各状态数据，构建系统的拟线性变参数模型；

4、将系统的拟线性变参数模型进行张量积模型变换；

5、对拟线性变参数模型的输出进行等距采样后，通过hammersley采样方法进行高维采样；

6、融合鲁棒h∞控制方法，设计并行分布式h∞补偿控制器；

7、采用设计的h∞补偿控制器对环形一级倒立摆系统进行稳定控制。

8、进一步的，构建系统的拟线性变参数模型具体如下：

9、

10、

11、a32＝9gl1m2cosx2sinx2/a

12、a33＝3(-8x4l22m2cosx2sinx2+3x3l1l2m2cos2x2sinx2)/a

13、a34＝-12x4l1l2m2sinx2/a

14、

15、

16、

17、b3＝12/a

18、b4＝9l1cosx2/(l2a)

19、其中，状态变量分别为环形一级倒立摆系统的旋转杆角度、摆杆角度、旋转杆角速度、摆杆角速度，输入状态u为环形一级倒立摆系统电机力矩输入，m1为旋转杆质量，m2为摆杆质量，l1为旋转杆长度，l2为摆杆长度的一半，g为重力加速度。

20、进一步的，所述的将系统的拟线性变参数模型进行张量积模型变换具体包括：

21、离散化，将给定的参数相关系统矩阵数值转换为张量表示，以便于张量乘积结构的提取；

22、高阶奇异值分解，对得到的离散化张量函数进行高阶奇异值分解；

23、权函数的连续化，为了生成连续的加权函数，可以对离散值进行插值，以形成封闭区间上的连续函数。

24、进一步的，所述的对拟线性变参数模型的输出进行等距采样后，通过hammersley采样方法进行高维采样具体包括：

25、基于网格尺寸对拟线性变参数模型的输出进行等距采样；

26、基于数论方法和定量策略生成hammersley的感测点，并在内积空间中测量序列的差异，其中，生成函数定为：且qi∈n+且为质数。其中，d，a和q均是非负整数，函数φq(d)被分解为高阶多项式，能够写为如下形式：

27、d＝a0+a1q+a2q2+…+arqr

28、将生成函数分解为升序多项式后，再将其分散到单位立方体[0,1]k中；其中，d＝0,1,…,nham-1，nham为感测点的总点数，q1＜q2＜…＜qk-1。

29、进一步的，所述并行分布式h∞补偿控制器设计具体包括：

30、根据被控系统的物理约束定义参数向量的空间；

31、对拟线性变参数模型进行张量积模型转换，得到相应的基于高阶奇异值分解的标准形式，即有限元凸张量积模型，采用接近正态cno加权函数来生成紧密的凸包；

32、根据所要求的多目标控制性能选择合适的线性矩阵不等式定理，将获得的张量积模型代入线性矩阵不等式中，通过求解线性矩阵不等式可以得到反馈增益，从而设计相对应的控制器；

33、将全局模糊系统表示成不确定系统的形式，采用鲁棒h∞控制策略，基于张量积模型变换，设计出全局系统渐近稳定的张量积模糊模型，然后融合并行分布补偿控制器设计方法，设计出使全局模糊系统渐近稳定的并行分布式h∞控制器。

34、基于所述的一种环形一级倒立摆系统的控制方法的环形一级倒立摆系统的实验测试平台，所述实验测试平台包括电机、旋转杆和摆杆，电机驱动器通过控制电机产生相应的力矩带动旋转杆做圆周运动，从而带动旋转杆在竖直平面摆动；光电编码器将旋转杆和摆杆的实时位置变化传递给数据采集模块，再以脉冲信号的形式反馈到电机驱动器上，上位机收到反馈信号后即可根据摆杆实时状态，发出相应的控制，从而使摆杆稳定在平衡点位置。

35、一种环形一级倒立摆的控制系统，所述系统包括：

36、拟线性变参数模型构建模块，用于基于环形一级倒立摆系统的各状态数据，构建系统的拟线性变参数模型；

37、模型变换模块，用于将系统的拟线性变参数模型进行张量积模型变换；

38、高维采样模块，用于对拟线性变参数模型的输出进行等距采样后，通过hammersley采样方法进行高维采样；

39、补偿控制器设计模块，用于融合鲁棒h∞控制方法，设计并行分布式h∞补偿控制器；

40、控制模块，用于采用设计的h∞补偿控制器对环形一级倒立摆系统进行稳定控制。

41、一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的一种环形一级倒立摆系统的控制方法。

42、一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的一种环形一级倒立摆系统的控制方法。

43、本发明的优点和积极效果是：

44、本发明相较于现有技术，考虑了实际系统的模型不确定性和系统运行过程中外界干扰等不确定性因素对系统控制效果会产生一定程度的影响，在原始pdc控制器的基础上融合鲁棒h∞控制方法，因此本发明能够在一定程度上抑制模型不确定性对控制效果的不利影响，同时抗干扰能力也优于现有技术。

技术特征：

1.环形一级倒立摆系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的环形一级倒立摆系统的控制方法，其特征在于，构建系统的拟线性变参数模型具体如下：

3.根据权利要求2所述的环形一级倒立摆系统的控制方法，其特征在于，所述的将系统的拟线性变参数模型进行张量积模型变换具体包括：

4.根据权利要求2所述的环形一级倒立摆系统的控制方法，其特征在于，所述的对拟线性变参数模型的输出进行等距采样后，通过hammersley采样方法进行高维采样具体包括：

5.根据权利要求2所述的环形一级倒立摆系统的控制方法，其特征在于，所述并行分布式h∞补偿控制器设计具体包括：

6.基于权利要求1-5任一项所述的环形一级倒立摆系统的控制方法的环形一级倒立摆系统的实验测试平台，其特征在于，所述实验测试平台包括电机、旋转杆和摆杆，电机驱动器通过控制电机产生相应的力矩带动旋转杆做圆周运动，从而带动旋转杆在竖直平面摆动；光电编码器将旋转杆和摆杆的实时位置变化传递给数据采集模块，再以脉冲信号的形式反馈到电机驱动器上，上位机收到反馈信号后即可根据摆杆实时状态，发出相应的控制，从而使摆杆稳定在平衡点位置。

7.环形一级倒立摆的控制系统，其特征在于，所述系统包括：

8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1到权利要求6任一所述的一种环形一级倒立摆的控制方法。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1到权利要求6任一所述的一种环形一级倒立摆的控制方法。

技术总结本发明涉及一种环形一级倒立摆系统的控制方法及装置，所述方法包括：基于环形一级倒立摆系统的各状态数据，构建系统的拟线性变参数模型；将系统的拟线性变参数模型进行张量积模型变换；对拟线性变参数模型的输出进行等距采样后，通过Hammersley采样方法进行高维采样；融合鲁棒H<subgt;∞</subgt;控制方法，设计并行分布式H<subgt;∞</subgt;补偿控制器；采用设计的H<subgt;∞</subgt;补偿控制器对环形一级倒立摆系统进行稳定控制；本发明能够在一定程度上抑制模型不确定性对控制效果的不利影响，同时抗干扰能力也优于现有技术。技术研发人员：张永立,索美霞,李梦婕受保护的技术使用者：天津职业技术师范大学（中国职业培训指导教师进修中心）技术研发日：技术公布日：2024/7/15