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龙图腾网获悉重庆人文科技学院申请的专利一种采用反演滑模PID混合切换的倒立摆控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN117130259B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-17发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211672891.6，技术领域涉及：G05B11/42；该发明授权一种采用反演滑模PID混合切换的倒立摆控制方法是由吴华丽;王高敏设计研发完成，并于2022-12-26向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种采用反演滑模PID混合切换的倒立摆控制方法在说明书摘要公布了：本发明提供了一种采用反演滑模PID混合切换的倒立摆控制方法，其通过安装微型陀螺仪测量倒立摆的摆角，安装速率陀螺仪测量摆角速度；然后采用非线性积分得到摆角误差与摆角速度误差的积分信号以及滑模积分信号；再采用二阶延迟器，通过传递函数求解摆角期望微分信号、摆角误差微分信号、摆角速度误差微分信号、滑模微分信号，最后分别采用反演自适应、滑模自适应与改进PID三种方法设计了倒立摆控制规律，再基于摆角误差的不同范围进行切换控制，使得在误差较大时采用滑模控制、中等误差时采用反演控制、在小误差时采用PID控制，从而能够结合三种控制的优点，提高倒立摆控制的品质。

本发明授权一种采用反演滑模PID混合切换的倒立摆控制方法在权利要求书中公布了：1.一种采用反演滑模PID混合切换的倒立摆控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤S10，在倒立摆上安装微型陀螺仪，测量倒立摆的摆角；然后设定期望摆角，并进行比较，得到摆角误差信号；再对摆角误差信号进行非线性变换后积分得到摆角误差非线性积分信号；再将期望摆角信号通过二阶延迟器，得到摆角期望二阶延迟信号；然后采用摆角期望二阶延迟信号与摆角信号进行比较解算摆角期望微分信号如下： ； ； ； ； 其中为倒立摆的摆角信号；为期望摆角信号，为摆角误差信号；为常值积分时间参数，为常值非线性变换参数，为常值积分抗饱和参数，为摆角误差非线性积分信号；、为二阶延迟器的常值时间参数，为传递函数的微分算子；为摆角期望二阶延迟信号；为摆角期望微分信号； 步骤S20，将摆角误差信号通过二阶延迟器，得到摆角误差二阶延迟信号；然后采用摆角误差二阶延迟信号与摆角误差信号进行比较解算摆角误差微分信号；根据所述的摆角期望微分信号叠加摆角误差信号、摆角误差非线性积分信号、摆角误差微分信号构成摆角速度期望信号；然后倒立摆上安装微型速率陀螺仪，测量倒立摆的摆角速度，再采用摆角速度与摆角速度期望信号进行比较得到摆角速度误差信号；再采用摆角速度误差信号进行非线性变换并积分，得到摆角速度误差非线性积分信号如下： ； ； ； ； ； 其中为摆角误差二阶延迟信号；为摆角误差微分信号；、、为常值参数，为摆角速度期望信号；为倒立摆的摆角速度信号，为摆角速度误差信号；为常值积分抗饱和参数，为摆角速度误差非线性积分信号； 步骤S30，将摆角速度误差信号通过二阶延迟器，得到摆角速度误差二阶延迟信号；然后采用摆角速度误差二阶延迟信号与摆角速度误差信号进行比较解算摆角速度误差微分信号；根据摆角速度误差信号与摆角速度信号采用自适应方法设计角速度系数估计律信号，再进行积分得到角速度系数估计信号；根据摆角速度误差信号与摆角信号采用自适应方法设计角度系数估计律信号，再进行积分得到角度系数估计信号；最后叠加摆角速度误差信号、摆角速度误差微分信号、摆角速度误差非线性积分信号得到倒立摆反演控制信号如下： ； ； ； ； ； ； 其中为摆角速度误差二阶延迟信号；为摆角速度误差微分信号；为常值参数，用于控制角速度系数估计值收敛快慢；为角速度系数估计律信号，为角速度系数估计信号；为常值参数，用于控制角度系数估计值收敛快慢；为角度系数估计律信号，为角度系数估计信号；、、为常值参数，为倒立摆反演控制信号； 步骤S40，根据所述的摆角误差信号进行非线性变换，得到摆角误差非线性变换信号；根据所述的摆角速度误差信号进行非线性变换，得到摆角速度误差非线性变换信号；再采用摆角误差非线性变换信号、摆角速度误差非线性变换信号叠加摆角误差信号、摆角速度误差信号、摆角速度误差微分信号得到摆角误差二阶滑模信号，再进行非线性变换后积分得到滑模非线性积分信号如下： ； ； ； ； 其中为摆角误差非线性变换信号；为摆角速度误差非线性变换信号；、、、为常值滑模参数，为摆角误差二阶滑模信号，为常值积分抗饱和参数，为滑模非线性积分信号； 步骤S50，将摆角误差二阶滑模信号通过二阶延迟器，得到摆角误差二阶滑模二阶延迟信号；然后采用摆角误差二阶滑模二阶延迟信号与摆角误差二阶滑模信号进行比较解算摆角误差滑模微分信号；根据摆角误差二阶滑模信号与摆角速度信号采用自适应方法设计角速度滑模系数估计律信号，再进行积分得到角速度滑模系数估计信号；根据摆角误差二阶滑模信号与摆角信号采用自适应方法设计角度滑模系数估计律信号，再进行积分得到角度滑模系数估计信号；最后叠加摆角误差滑模微分信号、摆角误差二阶滑模信号、滑模非线性积分信号得到倒立摆滑模控制信号如下： ； ； ； ； ； ； ； 其中为摆角误差二阶滑模二阶延迟信号；为摆角误差滑模微分信号；为常值参数，用于控制角速度滑模系数估计值收敛快慢；为角速度滑模系数估计律信号，为角速度滑模系数估计信号；为常值参数，用于控制角度滑模系数估计值收敛快慢；为角度滑模系数估计律信号，为角度滑模系数估计信号；为常值控制参数，为倒立摆滑模控制信号； 步骤S60，根据所述的摆角误差信号、摆角速度信号、摆角误差非线性积分信号、摆角速度误差微分信号组成倒立摆改进PID控制信号；然后根据所述的摆角误差信号与区间参数进行比较，求解反演权重参数、滑模权重参数、PID权重参数；最后采用所述的倒立摆改进PID控制信号、倒立摆滑模控制信号、倒立摆反演控制信号与反演权重参数、滑模权重参数、PID权重参数进行组合得到倒立摆的总切换控制信号，实现倒立摆的稳定控制如下： ； ； ； ； 其中、为常值切换区间参数；为反演权重参数、为滑模权重参数、为PID权重参数；、、、为常值控制参数，为倒立摆改进PID控制信号；为倒立摆的总切换控制信号。

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