1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

国内外研究现状、发展动态

tora 或称为rtac ( rotational / translational actuator) 由一个自由度的未驱动的平移振荡器和一个自由度的驱动转动小球组成，且振荡器和小球都在水平面内运动, 它是一个四阶的非线性基准系统^[1]，通常用来检验低阶非线性动力学系统的非线性控制设计．其常见的设计方法之一是将系统动力学转换成严格反馈形式的级联非线性系统，然后通过back-stepping的方法^[2]得到系统的稳定控制输入。另一常见的设计方法则是利用系统的无源特性实现其稳定控制。 杂志《international journal of robust and nonlinear control》在1998 年针对tora系统的非线性控制出专刊进行研究，给出了很多有意义的控制设计方法． 最近几年的研究成果主要包括反步法、基于能量设计法^[3]和模糊控制法．并对设计方法进行了深入研究，增加了反馈算法中速度项的滤波复现，得到一种只需要反馈欠驱动tora 系统中小球位置即可实现整个系统稳定的方法.

中国科学院复杂系统与智能科学重点实验室也对平移振荡器系统(tora)设计了一种基于遗传算法及单输入规则模块的模糊控制方法^[4].该方法有效地结合了基于单输入规则模块的模糊控制方法及遗传算法的优点, 使得设计出的控制器既具有易于理解、结构简单、规则数目少、控制器需设定的参数少的特点, 同时, 又可以通过遗传算法实现参数的自动调整, 大大减少了控制器设计的难度及工作量.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

研究内容和技术难点：

(1) 了解欠驱动系统的研究现状和研究内容，掌握欠驱动系统常用的研究方法

欠驱动系统是指系统的独立控制变量个数小于系统自由度个数的一类非线性系统，在节约能量、降低造价、减轻重量、增强系统灵活度等方面都较完全驱动系统优越。简单的说就是输入比要控制的量少的系统。欠驱动系统结构简单，便于进行整体的动力学分析和试验。同时由于系统的高度非线性、参数摄动、多目标控制要求及控制量受限等原因，欠驱动系统又足够复杂，便于研究和验证各种算法的有效性。当驱动器故障时，可能使完全驱动系统成为欠驱动系统，欠驱动控制算法可以起到容错控制的作用。从控制理论的角度看，欠驱动系统控制输入的限制是具有挑战性的控制问题，研究欠驱动机械系统的控制问题有助于非完整约束系统控制理论的发展。桥式吊车、 pendubot (pendulum robot)、acrobot (acrobat robot)、倒立摆系统都是典型的欠驱动系统。欠驱动系统控制的难点在于: 直接激励部分的自由度和欠驱动部分的自由度相互间是非线性耦合的, 设计的控制器必需同时能够对系统所有的自由度具有较好的控制性.