1.含反演控制位置非对称约束的积分滑模机舱悬浮控制方法,其特征在于,建立用于机舱悬浮位置与俯仰角度优化约束的两自由度悬浮模型,将机舱悬浮系统分解为机舱轴向悬浮系统和机舱两侧同步系统,采用反演控制法将所述机舱轴向悬浮系统分解为机舱悬浮位置系统、机舱悬浮速度系统,将所述机舱两侧同步系统分解为机舱俯仰角度系统、机舱俯仰角速度系统,所述机舱悬浮位置系统与机舱俯仰角度系统采用非对称型障碍Lyapunov函数法对悬浮位置与俯仰角度进行约束控制,基于反演控制法得到虚拟控制变量函数,非对称型约束函数为光滑非对称边界约束函数,所述虚拟控制变量函数作为所述机舱悬浮速度系统与所述机舱俯仰角速度系统的虚拟输入,所述机舱悬浮速度系统与所述机舱俯仰角速度系统采用的是积分滑模控制方法,基于系统悬浮位置变化率与俯仰角度变化率构造了积分滑模面函数,基于此,进行控制器设计,所述机舱悬浮速度系统与所述机舱俯仰角速度系统以虚拟控制变量作为参考输入,设计含悬浮位置约束与俯仰角度约束的积分滑模悬浮控制器,包括基于反演控制的机舱悬浮位置光滑非对称约束下的积分滑模控制器和基于反演控制的机舱俯仰角度光滑非对称约束下的积分滑模控制器,分别采用基于含悬浮位置约束与俯仰角度约束的积分滑模面自适应方法估计集总扰动,包括以下步骤:步骤1,建立用于机舱悬浮位置与俯仰角度优化约束的两自由度悬浮模型;
步骤2,基于反演控制法将机舱轴向悬浮系统分解为机舱悬浮位置系统、机舱悬浮速度系统,设计控制律;
步骤3,基于反演控制法将机舱两侧同步系统分解为机舱俯仰角度系统、机舱俯仰角速度系统,设计控制律。
2.根据权利要求1所述的含反演控制位置非对称约束的积分滑模机舱悬浮控制方法,其特征在于,步骤1具体包括以下步骤:建立考虑机舱轴向悬浮高度和两侧俯仰角度的两自由度悬浮的线性化模型:其中,H为机舱轴向高度,H=(HA+HB)/2,ΔHx=Hx‑H0,Δix=ix‑i0,其中x为A或B,分别对应桨叶侧和尾翼侧,i0和H0分别为目标电流与目标气隙,(L‑H0)为轴向悬浮气隙,θ为俯仰角度,θ=(HA‑HB)/2r,μ0为真空磁导率,N为两侧悬浮绕组匝数,S为磁极面积,iA和iB分别为桨叶侧和尾翼侧励磁电流,HA和HB分别为前后侧悬浮高度,J为机舱俯仰转动惯量,m为风力机舱质量,g为重力加速度,fd为机舱轴向干扰,Tr为机舱倾覆力矩,r为机舱旋转半径,L为悬浮气隙与高度之和。
3.根据权利要求2所述的含反演控制位置非对称约束的积分滑模机舱悬浮控制方法,其特征在于,步骤2具体包括以下步骤:A)基于机舱悬浮高度光滑非对称约束的机舱悬浮位置系统虚拟控制输出函数设计构建含机舱轴向高度跟踪误差的光滑非对称边界约束函数为其中,cb1_0,cb1_∞,k1,ε1,a1为正常数,cb1_0表示静态边界函数起动初值,cb1_∞表示静态边界函数收敛目标,k1指定静态边界函数收敛速度,ε1为非对称程度调整系数,决定非对称边界约束函数的非对称程度,a1为非对称响应速度调整系数,影响非对称边界约束函数关于系统跟踪误差的梯度,轴向高度跟踪误差为e11=Href–H,其中,Href为期望高度;
设计误差函数如下
*
其中,e12为高度跟踪误差导数,α 11为机舱悬浮位置系统的虚拟控制输出,基于光滑非对称边界约束函数构造障碍Lyapunov函数对机舱悬浮高度进行约束,对机舱悬浮位置系统定义lyapunov函数V11:对lyapunov函数V11求导,可得
*
根据lyapunov判定定理,若系统稳定,需保证 基于此,设计虚拟控制输出α11为可得其中,τ11,τ12为正标量,β∈(0,1), ka为轴向自适应增益, 为集总扰动估计误差;
B)基于所述虚拟控制输出的含机舱悬浮位置约束的机舱悬浮速度系统积分滑模悬浮控制律设计对于机舱悬浮速度系统,有 采用积分滑模的控制方法以提高系统的鲁棒性,设计虚拟控制变量及趋近率如下
其中K为正标量,γ ,γ 1∈(0,1),式(6)中 当时,满足 此时 无奇异问题,基于此,ε1
取值需满足 其中ρ+∞为悬浮位置正向约束边界,将 表示为其中,α11为机舱悬浮速度虚拟参考,将 表示为
其中,α011表示机舱悬浮速度虚拟参考可微项,Δ11,Δ12为参数不确定项,集总干扰表示为fd1=d1+dΔ1,其中d1为轴向外界扰动,dΔ1为机舱轴向悬浮系统不确定项;
基于此,对机舱悬浮速度系统定义lyapunov函数V12:对lyapunov函数V12求导,可得
其中,s12为基于轴向悬浮速度的虚拟变量, 为正标量,可得基于反演控制法的机舱悬浮位置非对称约束下的积分滑模控制律为
选取自适应律为
4.根据权利要求3所述的含反演控制位置非对称约束的积分滑模机舱悬浮控制方法,其特征在于,步骤3具体包括以下步骤:A)基于机舱俯仰角度光滑非对称约束的机舱俯仰角度系统虚拟控制输出函数设计构建基于机舱俯仰角度跟踪误差的光滑非对称边界约束函数为其中cb2_∞,ε2,a2为正常数,cb2_∞表示静态边界函数收敛目标,ε2为非对称程度调整系数,决定非对称边界约束函数的非对称程度,a2为非对称响应速度调整系数,影响非对称边界约束函数关于系统跟踪误差的梯度,俯仰角度跟踪误差为e21=θref‑θ,θref为期望角度;
设计误差函数如下
*
其中e22为俯仰角度跟踪误差的导数,α 21为机舱俯仰角度系统的虚拟控制输出,基于光滑非对称边界约束函数构造障碍Lyapunov函数对机舱俯仰角度进行约束,对机舱俯仰角度系统定义lyapunov函数V21:对lyapunov函数V21求导,可得
根据lyapunov判定定理,若系统稳定,需保证 基于此,设计虚拟控制输出 为可得
其中, kb为同步自适应增益, 为俯仰扰动估计误差;
B)基于所述虚拟控制输出的含俯仰角度约束的机舱俯仰角速度系统积分滑模悬浮控制律设计对于机舱俯仰角速度系统,有 采用积分滑模的控制方法以提高系统的鲁棒性,设计虚拟控制变量及滑模趋近率如下
其中,K2,τ21,τ22为正标量,γ 2∈(0,1),式(18)中 当时,满足 此时 无奇异问题,基于此,即
满足 ρ2+∞为俯仰角度正向约束边界,将 表示为
将 表示为
其中Δ21,Δ22为参数不确定项,α21为机舱悬浮速度虚拟参考,α021为机舱悬浮速度虚拟参考可微项,机舱两侧同步系统集总干扰表示为fd2=d2+dΔ2,其中d2为外界俯仰扰动,dΔ2为机舱两侧同步系统不确定项;
基于此,对机舱俯仰角速度系统定义lyapunov函数V22:对lyapunov函数V22求导,可得
可得基于反演控制法的机舱俯仰角度非对称约束下的积分滑模控制律为选取自适应律为
由式(13),(25)可得桨叶侧、尾翼侧主控制电流为其中,s22为基于俯仰角速度的虚拟变量, 为正标量。