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KESIS 关于自动化滑模控制(SMC)在非线性倒立摆系统中的抖振(Chattering)抑制与实时性问题

关于自动化滑模控制(SMC)在非线性倒立摆系统中的抖振(Chattering)抑制与实时性问题

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目前在利用 Simulink 仿真和 单级倒立摆硬件平台 进行验证时,遇到了两个严重影响实验结论的问题:

  1. 控制量的高频抖振(Chattering):为了保证系统在受到外部脉冲干扰(模拟推力)时能快速恢复平衡,我加大了滑模切换增益。但结果是控制信号出现了非常剧烈的高频振荡,导致执行器(直流电机)发热严重并伴有尖锐噪声。我尝试将 sign 函数换成 sat 饱和函数,虽然抖振小了,但系统的稳定时间(Settling Time)慢了近一倍,且存在稳态静差。大家在写论文时,是如何在“鲁棒性”和“平稳性”之间做折中的?

  2. 具体困惑:干扰观测器(DOB)的引入:导师建议加一个扰动观测器来补偿外部负载,从而减小滑模增益。但在实际联调(使用 STM32 主控)时发现,观测器的计算占用了过多的 CPU 周期,导致采样周期从 1ms 漂移到了 5ms,系统反而变得不稳定了。

    李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性证明:我在论文推导中用了全局滑模面,但在证明 V˙<0 时,对于非线性项的处理一直比较模糊,大家有没有推荐的针对欠驱动系统稳定性的标准写法模板?

赵梓烁 已回答的问题
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采样周期漂移到 5ms 对于倒立摆这种高动态系统是致命的。 建议:

检查一下你的运算量。STM32 跑复杂的非线性函数(如 exp, pow)很费时,建议用查表法或者泰勒展开简化。

扰动观测器没必要每一步都更新。你可以尝试“多速率控制(Multi-rate Control)”:电机环跑 1kHz,观测器环跑 200Hz,这样能大幅缓解计算压力。

王奕琛 已回答的问题
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