快速二阶终端滑模控制在下肢外骨骼中的应用与优势
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更新于2024-08-29
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"宋胜利等人提出了一种快速二阶终端滑模控制算法,旨在提高传统二阶终端滑模控制的全局收敛性,并将其应用于下肢外骨骼的姿态控制。该算法设计了一种二阶趋近律,通过将绝对值函数融入积分项并添加线性项来增强系统的全局收敛性。在系统状态未达到滑模面时,采用二阶趋近律,通过参数调整规避奇异问题。当状态到达滑模面时,切换到不含不连续符号项的指数趋近律,确保控制误差能在有限时间内收敛。利用Lyapunov直接法证明了该快速二阶终端滑模控制算法的稳定性和优于super twisting算法的收敛特性。在考虑建模误差和外部干扰的条件下,将该算法应用于下肢外骨骼的动力学模型中,仿真结果验证了算法在抑制抖振和提高跟踪性能方面的优势。"
本文详细探讨了快速二阶终端滑模控制理论及其在下肢外骨骼控制系统中的应用。传统的二阶终端滑模控制方法可能存在收敛速度慢或全局收敛性不足的问题。为解决这些问题,作者提出了一种新的控制算法。新算法的核心是设计了一种二阶趋近律,它巧妙地处理了绝对值函数,将其隐藏在积分项内,同时引入线性项以增强系统的整体收敛性。
在系统运行过程中,当系统状态尚未到达滑模面时,算法使用二阶趋近律进行控制,通过适当调整控制参数,避免了可能出现的奇异问题。一旦系统状态到达滑模面,算法则切换到一个不含不连续符号项的指数趋近律,确保控制误差能以有限的时间收敛,提高了控制效率。
为了证明这种快速二阶终端滑模控制算法的稳定性和优越性,作者采用了Lyapunov直接法进行分析。这种方法是稳定性理论中的一个重要工具,可以用来证明系统的稳定性。通过分析,他们得出结论,新算法不仅具有更好的收敛特性,而且相比super twisting算法,其收敛速度更快,性能更优。
在实际应用中,下肢外骨骼作为研究对象,作者构建了其动力学模型。考虑到模型误差和外部干扰因素,将提出的控制算法应用于下肢外骨骼的姿态控制。通过仿真测试,新算法表现出显著的抗抖振效果,同时在跟踪性能上优于super twisting算法,从而证实了算法在实际应用中的有效性。
总结来说,这项研究为二阶终端滑模控制领域提供了一个改进方案,提升了控制算法的性能,尤其在下肢外骨骼等复杂动态系统中的应用潜力。同时,它也为未来类似控制系统的设计和优化提供了理论参考。
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