基于约束跟随理论的动量轮倒立摆控制研究
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在处理欠驱动系统的控制问题时,传统控制方法常常面临跟踪精度低、能效差和控制律复杂等挑战。针对动量轮倒立摆这一典型的欠驱动非线性系统,文中提出一种新颖的基于约束跟随理论的控制策略。与传统方法相比,该策略无需线性化处理,能够充分利用系统的非线性特性,从而提升控制性能。首先建立了动量轮倒立摆的机械结构模型,并基于拉格朗日方程构建其动力学模型。通过将倒立摆的期望平衡角度设定为伺服约束,基于约束跟随理论推导出满足约束的力矩解析表达式,避免引入拉格朗日乘子等辅助变量。在Matlab/Simulink/Simscape环境中进行的仿真实验验证,以及基于ESP32控制核心的实验平台搭建,均证实了所提控制方法的有效性和优越性。与传统的线性二次调节器(LQR)控制方法相比,所提方法在控制效果上表现出显著优势。
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本文档关键词:倒立,跟随,约束,动量,控制