含不等式约束的欠驱动系统约束跟随控制

摘要

在运动控制领域,欠驱动机械系统通常需要满足一系列的等式约束(完整或非完整的)以便获得较好的运动表现,同时出于安全考虑还需要满足一定的不等式约束条件.本文提出了一种约束跟随控制方法,用以解决同时含等式和不等式约束的欠驱动系统控制问题.该控制设计主要分为两步:第1步:只考虑系统需要满足的等式约束,运用约束跟随控制方法推导出基于系统模型的状态反馈控制律;第2步:考虑系统需要满足的不等式约束,先通过状态变量映射将不等式约束整合到原等式约束中以得到新的等式约束,再基于新的等式约束和第1步所述的约束跟随控制方法,推导出系统所需的状态反馈控制律.将该约束跟随控制方法应用于三自由度非线性强耦合的欠驱动平面垂直起降(PVTOL)飞行器.仿真结果表明,该控制方法能有效处理PVTOL飞行器运动过程中需满足的等式约束(轨迹跟踪和姿态保持)和不等式约束(边界服从).