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两轮自平衡车的自适应模糊滑模控制

杨兴明;段举

【摘要】针对两轮自平衡车的平衡控制问题,文章提出一种自适应模糊滑模控制方

法.将整个平衡控制系统分为摆角子系统和位移子系统;利用分层滑模控制策略推导

出系统总的控制律;针对控制律中存在的系统不确定部分,利用模糊逻辑的万能逼

近功能进行估计,并基于Lyapunov方法设计相应的自适应律;考虑到线性滑模面

斜率对于系统性能的影响,采用模糊控制方法对其进行调节,进一步改善了控制系

统的品质.仿真结果验证了该控制方法的有效性,而且优化后的控制器具有较好的控

制效果和鲁棒性.%Inordertosolvetheproblemofbalancecontroloftwo-

wheeledself-balancingcart,anadap-tivefuzzyslidingmodecontrol

methodisproposed.Firstly,thebalancecontrolsystemisdecomposed

intoswinganglesubsystemandpositionsubsystem.Thenthecontrollaw

ofsystemsisderivedbyu-singhierarchicalslidingmodecontrol

strategy.Meanwhile,theuniversalapproximationfunctionoffuzzylogicis

usedtodealwiththeuncertainpartofthesystem,andtheadaptivelawis

designedbasedonLyapunovmethod.Finally,thefuzzycontrolmethodis

usedtoadjusttheslopeofthelinearslidingmodesurface,whichisrelated

tothesystemperformance,sothatthequalityofthecontrolsystemis

furtherimproved.Thesimulationresultsprovethatthiscontrolmethodis

effective,andtheopti-mizedcontrollercangetbetteradaptabilityand

controlresults.

【期刊名称】《合肥工业大学学报(自然科学版)》

【年(卷),期】2016(039)002

【总页数】6页(P184-189)

【关键词】两轮自平衡车;分层滑模控制;Lyapunov方法;模糊控制

【作者】杨兴明;段举

【作者单位】合肥工业大学计算机与信息学院,安徽合肥230009;合肥工业大学计

算机与信息学院,安徽合肥230009

【正文语种】中文

【中图分类】TP273.5

两轮自平衡车是一类典型的欠驱动系统,它具有欠驱动、非线性、强耦合、多变量

的特点,其应用前景引起了国内外学者的关注[1-2]。传统PID、LQR等线性控制

方法不适用于非线性系统,因而先进的智能控制方法得到了研究人员的重视,滑模控

制、模糊控制、神经网络、迭代学习和遗传算法等具有代表性的控制方法的设计各

有特点。其中,滑模控制的特点在于系统的“结构”不固定,即随着当前系统的状态

不断变化,能按照预定的“滑动模态”作轨迹运动;滑模控制稳定性强、鲁棒性较好,

实现相对容易,因此得到了广泛的应用[3]。

为实现对欠驱动系统的有效控制,文献[4]提出一种用多输入、单输出的模糊控制器

来稳定系统的方法;文献[5]从能量角度来设计稳定控制方法;文献[6]设计一种输入整

形方法来克服欠驱动龙门吊车的摆动问题。然而,上述针对欠驱动系统的控制方法

都是在模型较为精确的前提下设计的。很多情况下,系统往往具有不确定性,无法对

系统建立精确模型。文献[7]采用分层滑模控制方法实现对欠驱动系统的控制,在

该方法中,对于系统的不确定性采用了上界估计方法,其控制增益选取必须大于上界

值,而这容易引发抖振现象;文献[8]针对一类二阶系统提出了一种自适应模糊滑模

控制方法,对系统中的不确定部分进行模糊逼近,能够避免抖振。

为解决欠驱动两轮自平衡车的控制问题,本文在分层滑模控制基础之上

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