欠驱板球系统轨迹跟踪控制器设计与仿真验证

本文主要探讨了欠驱动板球系统的轨迹跟踪控制器的设计，由隋振、伏思燕、田彦涛和王红睿四位作者合作完成，他们隶属于吉林大学通信工程学院。欠驱动板球系统是一个典型的非线性多自由度系统，具有四个自由度但仅有两个驱动器，这种设计使得系统呈现出复杂性，常被用作控制系统建模、设计和验证的研究平台。 在该研究中，作者强调了在递推设计过程中可以忽略离心力和耦合的影响，这简化了设计过程。核心思想是采用反步法，这种方法能够处理系统的非线性特性，进而设计出力矩控制器，力矩作用于平板使其倾斜，从而间接控制小球的运动。通过反步法，作者得以实现板球系统的大范围渐近稳定性，这是轨迹跟踪控制的关键目标之一。 文献中提到，传统的线性化方法在高跟踪速度下效果不佳，因此反步法作为一种非线性设计技术被引入，用于设计位置控制器，以适应更高的跟踪精度需求。例如，Knuplez利用HUMUSOFT板球装置进行了实验证明，通过跟踪阶跃和正弦曲线信号成功解决了轨迹跟踪问题。 此外，文章还提及了其他控制策略的应用，如无模型方法、模糊控制、在线参数调整、切换控制以及神经-模糊方法，这些都展示了在解决轨迹跟踪或系统镇定问题时的不同策略和技术。 总结来说，本文的核心内容是设计了一种基于反步法的轨迹跟踪控制器，旨在提高欠驱动板球系统的控制精度，并通过仿真分析验证了其有效性。这一研究不仅提升了系统的动态性能，也为理解和优化非线性控制系统提供了新的视角和方法。