南京理工大學何博俠獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉南京理工大學申請的專利一種基于擾動觀測器的光電吊艙自適應指數滑模控制方法獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN116661298B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-09-05發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202310277950.8,技術領域涉及:G05B13/04;該發明授權一種基于擾動觀測器的光電吊艙自適應指數滑模控制方法是由何博俠;徐金陸;唐思俊設計研發完成,并于2023-03-21向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種基于擾動觀測器的光電吊艙自適應指數滑模控制方法在說明書摘要公布了:本發明公開一種基于擾動觀測器的光電吊艙自適應指數滑模控制方法,包括如下步驟:首先根據光電吊艙的原理,建立光電吊艙系統的數學模型。然后根據光電吊艙系統的數學模型,設計基于擾動觀測器的自適應指數滑模控制器,通過擾動觀測器觀測外界擾動和參數不確定性,得到抵消聚合擾動的控制輸入,設計自適應律在線估計滑模控制器中的切換增益,避免切換增益過大帶來的抖振問題。最后運用李雅普諾夫穩定性定理證明光電吊艙系統在閉環狀態下具有漸進穩定性,使得光電吊艙的實際姿態最終收斂于期望姿態。
本發明授權一種基于擾動觀測器的光電吊艙自適應指數滑模控制方法在權利要求書中公布了:1.一種基于擾動觀測器的光電吊艙自適應指數滑模控制方法,其特征在于,步驟如下: 步驟1:根據光電吊艙的原理,建立光電吊艙系統的數學模型,轉入步驟2; 步驟2:基于光電吊艙系統的數學模型,建立光電吊艙的動力學方程和狀態空間方程;基于光電吊艙的動力學方程和狀態空間方程,設計滑模控制器usmc,并建立擾動觀測器來觀測聚合擾動,利用李雅普諾夫穩定性定理驗證擾動觀測器的穩定性,最后得到抵消聚合擾動的控制輸入uD,轉入步驟3; 步驟3:通過自適應律在線改進滑模控制器中切換增益的大小,對聚合不確定性進行擾動補償,實現動態校正控制量,同時為了避免切換增益的過度自適應,提出了自適應指數滑模控制器,利用自適應指數滑模控制器使得滑模運動少了到達段的過程,進而使得光電吊艙系統始終沿滑模面運行最終收斂至平衡狀態,最終輸出優化的控制量U′,提高光電吊艙的魯棒性,實現精確控制; 步驟3中,具體如下: 步驟3-1、假定有一個最佳切換增益達到了光電吊艙系統在閉環狀態下的控制需求,且 為殘余擾動不確定性的上界; 利用自適應律對進行在線估計: 其中:第四增益κ>0,為優化增益的估計值,t表示作用時間,t0表示初始時間,tm表示光電吊艙在閉環狀態下到達滑模面的時間,其中的S表示控制器的滑模函數; 步驟3-2、設計自適應指數滑模函數S′如下所示: 式中:第一中間函數Q=e2t0+ke1t0,第五增益β>0,e1為第一偏差,e2為第二偏差,k為第一增益; 對自適應指數滑模函數進行求導: 上式中,是S′的導數,是e2的導數,是e1的導數,為了保持趨近速度,采用指數趨近律,則自適應指數滑模控制器設計為: 其中,usmc表示滑模控制器,a表示第一中間變量,b表示第二中間變量,θd為期望角位置,為期望角速度,為期望角加速度,λ為第二增益; 式中的飽和函數satS′具體表達如下: 其中,邊界層厚度ε>0; 最終基于擾動觀測器的自適應指數滑模控制器的輸出U′表示為: U′=uD+usmc uD表示抵消聚合不確定性的控制輸入; 轉入步驟4; 步驟4、為了證明自適應指數滑模控制器在光電吊艙閉環系統下的穩定性,進行李雅普諾夫穩定性定理證明。
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