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申请/专利权人：南京工业大学

摘要：本发明公开了一种基于T‑S模糊滑模平衡的双惯性平衡轮独轮车控制方法及系统，方法包括：获取独轮车的运动状态数据，进行融合处理；通过解耦控制原理，将独轮车的控制模型简化为三个独立的子单元；滑模控制器设计；加入T‑S模糊控制，对滑模控制律中切换项的增益进行自适应调整；输出解耦后子单元的控制量；将所述解耦后的三个子单元的输出量换算得到最终电机的PWM信号，驱动电机保持姿态平衡。本发明响应速度快，稳态误差小，具有较好的鲁棒性。

主权项：1.一种基于T-S模糊滑模平衡的双惯性平衡轮独轮车控制方法，其特征在于，包括：获取独轮车的运动状态数据，通过卡尔曼滤波算法对采集的数据进行融合处理，计算独轮车的即时角度和角速度；通过解耦控制原理，将独轮车的控制模型简化为三个独立的子单元，包括前后俯仰平衡控制、左右翻滚平衡控制以及偏航转向平衡控制；进行滑模控制器设计，以解耦后子单元的角度与设定目标角度的误差值作为输入，使跟踪误差趋于零；其中，所述滑模控制器设计包括：独轮车动态的状态方程表示为： 其中，A、B表示独轮车状态方程的系数，u表示独轮车电机的力矩输入，ft表示系统模型误差以及外部干扰，设上界为λf，即|ft|≤λf，X表示状态变量的矩阵集合；定义滑模函数，表示为：s＝BTPx其中，P∈R4×4是正定矩阵，x表示状态变量与设定目标值之间的误差；控制输入包括滑模段以及到达段，所述滑模段包括，当状态变量到达滑模面，此时以及ft＝0，x趋于0，表示为： 其中，为滑模函数s对时间的导数，表示滑模函数随时间的变化率，BT表示矩阵B的转置；所述到达段包括，当|ft|≤λf，且时，系统达到滑模稳定面，设计控制律，使模糊控制进入滑模面时和s＝0，表示为：u＝ueq+un其中，ueq是等效控制，un为切换控制，由滑模控制的指数趋近律：可得ueq＝-BTPB-1BTPAxtun＝-BTPB-1[|BTPB|λf+ε·sgns+ks]其中，k是控制律的切换项增益，xt表示系统的状态变量与设定目标值之间在t时刻的误差，ε表示设计参数，sgns是符号函数；加入T-S模糊控制，对滑模控制器中的滑模函数和滑模函数导数进行模糊化处理，并对滑模控制律中切换项的增益进行自适应调整；其中，所述T-S模糊控制包括：所述滑模控制器中的滑模函数s和滑模函数的一阶导数作为模糊控制的输入，所述控制律的切换项增益k作为输出变量；其中，设计所述滑模函数s以及滑模函数的一阶导数相应的模糊论域在[-3，3]上，减少模糊规则数量，简化控制器，模糊子集表示为：e＝{N，Z，G}ec＝{N，Z，G}其中，e、ec分别对应所述滑模函数s和滑模函数的一阶导数的模糊子集，N表示负数，Z表示零，G表示正数；在所述论域两端使用三角形隶属度函数，在趋近于零的位置使用梯形函数；令Ri表示T-S模糊控制的第i条规则，构建模糊规则，表示为：R1：IfeisNandecisNthenu＝-2.5*e*ec-0.5R2：IfeisNandecisGthenu＝0.9*e*ec-0.2R3：IfeisGandecisNthenu＝0.9*e*ec-0.2R4：IfeisZandecisZthenu＝0.08*e*ecR5：IfeisZandecisGthenu＝0.16*e*ecR6：IfeisZandecisNthenu＝0.16*e*ecR7：IfeisGandecisZthenu＝0.16*e*ecR8：IfeisNandecisZthenu＝0.16*e*ecR9：IfeisGandecisGthenu＝2.5*e*ec+0.5所述T-S模糊控制的输出表示为： 其中，ωi是第i条模糊规则的适用度，表示为： 其中，yp-1t、uq-1t表示前件，表示第i条模糊规则前件中两个语言变量的隶属度函数值；基于数据融合、滑模控制以及模糊运算规则处理后，解耦后的三个子单元分别生成与姿态输入误差相对应的输出量；进行姿态控制，将所述解耦后的三个子单元的输出量换算得到最终电机的PWM信号，传递到电机的驱动器，驱动电机保持姿态平衡。

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百度查询： 南京工业大学 一种基于T-S模糊滑模平衡的双惯性平衡轮独轮车控制方法及系统