[发明专利]旋转二级倒立摆的平衡控制方法、系统及存储介质

权利要求书

1.一种旋转二级倒立摆的平衡控制方法，所述旋转二级倒立摆包括有中心转动主杆和两根分别位于中心转动主动两侧的摆杆，两根摆杆可跟随中心转动主杆的转动倒立起摆并保持平衡稳摆，其特征在于，具体控制方法如下：

针对旋转二级倒立摆建立起摆控制模型和稳摆控制模型；

根据起摆控制模型控制中心转动主杆转动，以实现两根摆杆起摆；

起摆后，根据稳摆控制模型控制两根摆杆，以实现稳摆。

2.如权利要求1所述的旋转二级倒立摆的平衡控制方法，其特征在于，在控制中心转动主杆转动，以实现两根摆杆起摆之前，还包括有以下步骤：

计算当前旋转二级倒立摆的当前总能量，判断当前总能量是否超出起摆能量阈值；

若未超出起摆能量阈值，采用起摆控制模型控制中心转动主杆转动，以实现两根摆杆起摆；

若超出起摆能量阈值，则对两根摆杆进行旋向判断：

若两根摆杆旋向相反，对两根摆杆进行同时能量衰减控制，直至衰减至起摆阈值内，再采用起摆控制模型控制中心转动主杆转动，以实现两根摆杆起摆；

若两根摆杆旋向相同，待两根摆杆自然能量衰减，直至衰减至起摆阈值内，再采用起摆控制模型控制中心转动主杆转动，以实现两根摆杆起摆。

3.如权利要求1所述的旋转二级倒立摆的平衡控制方法，其特征在于，起摆控制模型采用基于李雅普诺夫函数的能量法，以实现两根摆杆起摆的控制，具体控制公式为：

式中，τ₀为系统输入转矩，其中τ₀为输入转矩，f₀为连杆0转动摩擦力，k为设计参数，G为重力矩阵。

4.如权利要求1所述的旋转二级倒立摆的平衡控制方法，其特征在于，两根摆杆满足以下条件时，根据稳摆控制模型控制两根摆杆，以实现稳摆：

|θ₁|≤θ_1sw,|θ₂|≤θ_2sw,|E₁|+\E₂|≤E_sw

θ₁和θ₂分别为第一摆杆和第二摆杆的倾角，E₁和E₂分别为第一摆杆和第二摆杆的能量，E_sw为能量阈值，θ_1sw和θ_2sw分别为第一摆杆和第二摆杆的倾角阈值。

5.如权利要求1所述的旋转二级倒立摆的平衡控制方法，其特征在于，所述稳摆控制模型为最优控制器模型，其控制公式为：

式中，τ₀为系统输入转矩，F为最优控制反馈增益矩阵，为系统状态向量。

6.如权利要求1所述的旋转二级倒立摆的平衡控制方法，其特征在于，所述稳摆控制模型为非线性最优控制器模型，其控制公式为：

式中，τ₀为系统输入转矩，F_s为非线性最优控制反馈增益矩阵，x_s为系统非线性状态向量。

7.一种旋转二级倒立摆的平衡控制系统，其特征在于，所述系统包括有：

起摆控制模块，控制中心转动主杆转动，以实现两根摆杆的起摆；

稳摆判断模块，根据两根摆杆的当前状态，判断是否进行稳摆控制；

稳摆控制模块，根据稳摆判断模块的稳摆判断，控制中心转动主杆转动，以实现两根摆杆的稳摆。

8.如权利要求7所述的旋转二级倒立摆的平衡控制系统，其特征在于，所述系统还包括有：

起摆判断模块，根据当前旋转二级倒立摆的当前总能量，以及两根摆杆的当前旋向，判断是否进行起摆控制。

9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有若干指令，所述指令适用于处理器进行加载，以执行权利要求1至6任意一项所述的方法。