毕业论文课题相关文献综述
文 献 综 述
惯性轮摆是由惯性轮作为驱动装置的倒立摆，它由转轮来实现驱动带动摆杆摆动，其中摆杆属于无驱动的被动运动[1]。惯性轮摆系统是一个多变量，非线性，强耦合的典型的欠驱动系统，通过对惯性轮摆系统的研究，能够揭示机器人、宇宙飞船和水下舰艇等系统中存在的控制问题[2]。如何设计控制器，使其能够达到用更少的执行输入实现系统的输出控制,对很多工程来说，都是非常有意义的。而且惯性轮摆系统作为非线性系统中比较特殊的一种，对该系统的研究也能够为一般非线性系统控制问题的研究提供一定的参考。
如何对惯性轮摆系统实施有效控制一直以来都是一个开放性的问题，国内外相关领域的研究人员对其进行了深入研究，并取得了许多研究成果。
文献[1]通过对欠驱动系统构造相对阶等于原非线性系统状态空间维数的光滑函数，得到惯性轮摆的平滑输出函数，将非线性惯性轮摆系统变换为线性系统，并针对此模型设计了相应的变结构控制律来实现惯性轮摆的稳定性控。
文献[2]基于Lagrange方程，建立其动力学模型，为倒立摆系统建模提供了一个简洁的途径。然后针对存在不确定摆杆长度和外部扰动的倒立摆系统的稳定控制，采用坐标变换将倒立摆系统动力学模型转换为易于设计的级联规范型，基于此规范型提出了一种新的滑模控制策略。采用柔化符号函数的方法，消除了控制力抖振"并应用Lyapunov理论和摄动理论证明了控制系统的稳定性。
文献[3]针对惯性轮摆系统的镇定控制问题，提出了一种控制器迭代设计方法。该方法首先通过坐标变换将惯性轮摆系统转换为一个非线性级联系统，然后通过迭代设计和坐标逆变换，获得惯性轮摆系统的状态反馈镇定控制器，并证明了所得控制器能够使得惯性轮摆系统稳定在摆杆垂直向上的平衡位置。
定义分级滑模面，即为可驱动状态和不可驱动状态分别定义一级滑模面，然后将一级滑模面线性组合为二级滑模面，进而可借助滑模控制等方法来设计控制器。由于滑模面的引入，该方法可保证控制系统对外界干扰与模型不确定性的鲁棒性。文献[4]针对一类欠驱动系统，采用分级滑模方法，定义了分级滑模面，并证明了各级滑模面的稳定性，从而保证了所有系统状态的渐近收敛。之后，又将该方法用于惯性轮摆的控制，都取得了较好的效果。
文献[5]用一个时滞状态反馈控制律镇定惯性轮倒立摆，不仅保证闭环系统全局渐近稳定，还允许闭环系统承受一定的时滞。将惯性轮倒立摆转化为存在高阶非线性的4维积分器链，然后设计一个明确规定了饱和度和时滞参数的饱和控制律。用简单方式证明了闭环的全局渐近稳定性。
文献[6]针对惯性轮摆系统提出了一种动态面控制方法，以实现其自平衡控制。首先将惯性轮摆的动力学模型转化为部分反馈形式，然后基于这种半严格反馈模型设计得到了动态面控制律。通过李雅普诺夫方法，证明了闭环系统半全局一致有界。通过适当选取设计参数，系统误差可收敛到原点的一个小邻域内。
文献[7]通过坐标变换和初始设计，将惯性轮倒立摆转化为存在高阶非线性的前馈型系统，然后设计控制律抑制高阶非线性。该控制律中部分状态允许适度小的饱和限制与时滞。通过表明闭环系统不会有限逃逸且于有限时间后收敛为渐近稳定的动态，证明了闭环系统的全局渐近稳定性。
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