多模型变结构控制法提升倒立摆远离平衡位置稳定性

本文主要探讨了"基于多模型的倒立摆变结构控制"这一主题，由作者顾博川和刘勇，来自西南交通大学电气工程学院，他们针对倒立摆系统在远离平衡位置时，传统线性化模型控制方法难以实现稳定控制的问题，提出了一种创新的控制策略。多模型控制是一种早期于1971年由学者提出的控制理念，它通过构建包含多个不同模型的集合，覆盖系统参数可能的变化范围，旨在增强控制的鲁棒性和适应性。 文章的核心内容是将多模型控制应用于倒立摆，这是一种非线性、强耦合且自然不稳定的系统。常规的控制方法如神经网络控制（如遗传算法）和反馈线性化控制虽然在平衡位置附近表现出良好性能，但在远离平衡点时，由于参数变化和系统非线性的挑战，这些方法的局限性显现出来。为了解决这个问题，作者设计了一种变结构控制策略，它可以根据倒立摆当前的状态动态地选择合适的系统模型，并切换到匹配的控制器。 文中提到了两种具体的控制方法：多模型迟滞切换和加权自适应控制。前者在模型切换时采用延迟机制，确保控制的连续性，后者则通过权重调整适应不同模型下的参数变化。这种变结构控制策略不仅能有效稳定系统，还能增强控制器对参数摄动的鲁棒性，即即使面对参数变化，也能保持系统的稳定性能。 通过仿真结果验证了这种方法的有效性，结果显示，无论倒立摆偏角和位移偏离平衡位置的程度如何，该控制策略都能在大范围内实现稳定的恢复。本文的工作对于理解和解决非线性系统特别是倒立摆这类复杂系统的控制问题具有重要的理论和实践意义。