TORA系统动力学建模与Backstepping控制器设计

"这篇文章是关于TORA（Translation Oscillator with Rotating Actuator）的动力学建模与Backstepping控制方法的研究，发表于2007年的《控制与决策》期刊，作者包括高丙团、贾智勇、陈宏钩和张晓华。文章通过拉格朗日方程建立了TORA系统的动力学模型，并利用部分反馈线性化技术将其转换为严格反馈的级联非线性系统。接着，基于积分Backstepping设计了状态反馈控制器，以实现系统的全局稳定性。通过仿真验证了所设计控制器的有效性。关键词涵盖了反推、欠驱动系统、级联系统和部分反馈线性化等概念。" 文章详细内容阐述了在自然科学领域，特别是控制理论和工程中的一个具体问题——如何对具有旋转激励的平移振荡器（TORA）进行有效控制。TORA是一个欠驱动系统，意味着它的自由度多于可独立控制的输入，这在控制设计中增加了挑战。文章首先依据拉格朗日方程，这是一种常用于分析机械系统动力学的方法，建立了TORA的动力学模型。 接下来，研究者运用部分反馈线性化技术，这是一种非线性控制系统的设计策略，它通过适当的坐标变换将非线性系统转化为线性或近似线性的形式，从而简化控制设计。在这个过程中，他们引入了一个闭环坐标变换，将系统的动力学转换为一个严格反馈的级联非线性系统。这个系统由一个非线性子系统和两个积分器组成，积分器可以帮助处理系统中的积分项，以实现更好的控制性能。 关键的控制策略是积分Backstepping，这是一种反向传播方法，常用于非线性系统控制设计。它通过递归地设计控制器，逐步校正系统状态的偏差，以达到全局稳定的目标。在这种情况下，研究人员设计了一个非线性子系统的有界状态反馈算法，并结合积分Backstepping，提出了一个能确保系统全局稳定的状态反馈控制器。 最后，通过仿真结果，文章展示了所提出的控制器在实际应用中的有效性，证明了这种方法对于TORA系统控制的有效性和实用性。这一研究成果对于理解非线性系统的控制策略以及在类似物理装置的控制设计中具有重要的参考价值。