倒立摆的滑模变结构控制

资 源 简 介

倒立摆的滑模变结构控制

详 情 说 明

倒立摆系统是控制理论中经典的验证平台，常用于测试各种控制算法的有效性。本文讨论的滑模变结构控制是一种具有强鲁棒性的非线性控制方法，特别适合倒立摆这类不稳定系统。

滑模变结构控制的核心思想是设计一个滑动模态面，使系统状态能够在有限时间内到达该面，并沿预定轨迹滑动至平衡点。对于二级倒立摆这种多变量、强耦合的非线性系统，控制器需要处理两个摆杆的角位置和角速度。

系统设计时首先需要建立准确的动力学模型，包括上下摆杆的转动惯量、连接点摩擦等参数。控制器的设计分为两个关键步骤：滑动面的选取和趋近律的确定。典型的滑动面会结合角度误差和角速度误差，保证系统快速收敛的同时减少抖动现象。

实际调试中发现，由于二级摆的欠驱动特性，控制信号需要在上摆杆和下摆杆之间进行合理分配。通过调整控制增益和边界层厚度，可以有效抑制系统的高频抖振，这是滑模控制的常见问题。

实验结果表明，该控制方案在存在参数不确定性和外部干扰时，仍能保持较好的控制效果，验证了滑模变结构控制在复杂非线性系统中的实用价值。这种方法可以扩展到其他类似的不稳定系统控制中。