1、型特性，直以来，越来越多的专家学者都致力于对倒立摆系统稳定控制方面的深入研究。其中，控制系统由于其结构简单稳定性好工作可靠调整方便而得到最为广泛的应用。但对于像倒立摆这样的不稳定过程控制系统的控制性能不理想，鲁棒性差，抗干扰能力弱。鉴于此，本文采用二自由度模型驱动控制实现对直线倒立摆的稳定控制。本论文的主要内容包括第章首先介绍了本课题的选题背景和意义，其次对倒立摆的各种控制算法和研究现状等内容做了详细的介绍。第二章先分析直线倒立摆的物理模型，对级倒立摆采用牛顿欧拉方法建模，对二级倒立摆利用拉格朗日方法建模。随后进行了系统的性能分析。第三章首先介绍了常规的工作原理参数整定方法和优。

2、象，控制不能取得良好的控制效果，抗干扰能力差，难以满足人们所期望的控制目标。鉴于此，本文采用二自由度模型驱动控制策略实现对直线倒立摆的稳定控制。即控制系统主要由反馈补偿器主控制器和设定值滤波器三部分组成。控制原理主要是将倒立摆这样的不稳定对象，通过反馈补偿器将实际被控对象补偿为易于控制的带有时滞的阶稳定环节。设定值滤波器用来消去系统中的极点和零点，使高阶系统降为低阶的，再通过合理选择主控制器的参数，达到缩短控制系统的响应时间和提高抗干扰能力的目标。本文首先分别采用牛顿欧拉方法和拉格朗日方法对直线级和二级倒立摆建立数学模型。根据倒立摆的数学模型，设计合理的反馈补偿器，将其补偿为带。

3、学者对其各方面的研究，并且收获很大。例如等人在年对倒立摆系统的特性进行了深入细致的探讨，结果发现了变结构控制理论能够用于对倒立摆的控制在年，等人提出了种基于无电机控制的理论来对倒立摆系统进行控制。除此之外，许多专家还万方数据第章绪论实现了对环形倒立摆的控制。具有代表性的有等人将现代控制理论中的李亚普诺夫原理应用到倒立摆的稳定控制中，主要是对环形级倒立摆进行稳定控制，控制效果比较明显。随后，等人在的研究基础之上，将级数增加到二级，最终实现了对环形二级倒立摆的稳定控制。本文研究内容与创新点论文研究内容本论文以固高公司的直线倒立摆为研究对象。由于倒立摆设备的极不稳定性，以及其他的些典。

4、摆的稳定控制。即控制系统主要由反馈补偿器主控制器和设定值滤波器三部分组成。控制原理主要是将倒立摆这样的不稳定对象，通过反馈补偿器将实际被控对象补偿为易于控制的带有时滞的阶稳定环节。设定值滤波器用来消去系统中的极点和零点，使高阶系统降为低阶的，再通过合理选择主控制器的参数，达到缩短控制系统的响应时间和提高抗干扰能力的目标。万方数据万方数据中文摘要由于倒立摆具有不稳定高阶次非线性和强耦合等特性，许多专家学者将倒立摆作为个典型的研究对象，它的最优控制直以来也都是研究领域的热点。其中，调节器由于构成简单整定参数方便等多个优点，被广泛使用于工业控制等多个领域中。但对于倒立摆这样的不稳定对。

5、的大学院校都对倒立摆进行研究，并取得了许多研究成果。例如，年，上海机械学院将倒立摆的平面运行轨道改为倾斜的，再对二级倒立摆进行控制，取得了很大的成效。除此之外，北京航空航天大学还设计出了单交流伺服电机控制的三级倒立摆在此基础上张明廉等采用拟人智能控制模仿人面对同样问题的解决思路，成功的实现了对单交流伺服电机三级倒立摆平面运动倒立摆的控制北京师范大学李洪兴采用模糊自适应控制理论成功设计出了三级倒立摆装置等等。八十年代后期，由于生产力的提高，科技水平发展迅速，些难以控制的实际被控对象，也都因控制理论的不断完善而找到了可行的解决方案。而像倒立摆这样典型的实际被控对象，也吸引了许多国外。

6、缺点，接下来介绍二自由度模型驱动控制的结构组成，详细阐述了各组成部分的参数设置及其作用。除此之外，本章还介绍了二自由度模型驱动控制的设计步骤以及该控制系统的应用领域。第四章首先介绍了的控制原理，然后根据控制的设计步骤，分别针对直线级倒立摆和直线二级倒立摆的数学模型，设计出适合的控制器并在环境下进行仿真分析。最后将仿真结果与常规控制下的倒立摆仿真结果进行对比分析，仿真结果证明控制具有可行性和优越性。第五章介绍倒立摆的硬件和软件，以及倒立摆实时控制的工作原理，在此基础上组建倒立摆实时控制模型，分别采用常规和控制实现对直线级倒立摆的实时控制。第六章课题总结并对以后的工作进行展望。万方。

7、有时滞的阶稳定过程。根据设计好的反馈补偿器参数推理计算出主控制器和设定值滤波器的参数。控制器设计完成后，在中对倒立摆控制系统进行仿真研究。仿真结果表明控制策略具有可行性。若将控制与常规控制方法比较，仿真结果显示该过程响应时间明显缩短且无超调量，动态性能良好，具有优越性。关键字直线倒立摆控制仿真研究万方数据,模变结构控制和拟人智能控制等。非线性控制理论的思想是将实际的非线性系统进行线性化处理，而这种经过线性化处理后的系统能够较为准确地反映实际系统，对提高系统的控制性能具有更大意义。以上介绍的各种算法都有其优缺点，但智能控制的算法目前还没完全成熟，在对实际过程控制时可靠性还是低，有。

8、力小车位置万方数据直线倒立摆系统二自由度模型驱动控制器设计摆杆与垂直向上方向的夹角摆杆与垂直向下方向的夹角考虑到摆杆初始位置为竖直向下。在建模时，首先对小车和摆杆进行详细的受力分析，受力分析图如图所示图摆杆及小车受力分析在图中，为摆杆和小车相互作用力的水平方向上的分量，代表摆杆与小车相互作用力的垂直方向上的分量，且图中标出的方向都是各个变量的矢量正方向。由小车水平方向上的受力分析图，能够得出如下的平衡方程式根据摆杆受到的水平方向的合力，可以得到如下平衡方程式化简整理得根据式和式可得到系统的第个运动学方程为根据。

9、些对可靠性要求高的控制过程还是会选择采用改进后的控制。因此，本论文采用二自由度模型驱动策略实现对直线倒立摆的稳定控制，其中二自由度模型驱动控制的相关理论在第三章中介绍。倒立摆国内外研究现状上个世纪五十年代，倒立摆设备因其典型的对象特性，它的概念被人们首次提出来。由于客观条件的限制，当时许多研究者主要侧重于对倒立摆线性控制的研究。到了八十年代，专家学者开始研究倒立摆的稳定控制。例如年，西安交通大学的专家，通过设计降维观测器，再结合常用的二次最优控制，实现对二级摆的控制，并通过模拟电路实现。相隔近年时间，国防科技大学也开始研究对倒立摆的控制，并成功实现了对级摆的控制。随后几年，更多。

10、分包括伺服电机及其驱动器光电编码器以及保护电路三部分。直线级倒立摆的建模建模是对大部分系统进行控制所必须的，建模的方法也有很多种，但方法如果选用不恰当则对建模的准确性会有很大的影响。由于倒立摆结构复杂，非线性程度比较高，对其建模时必须做理想化处理。因此在对直线倒立摆建模时系统所受的阻力和摩擦都不再考虑，将摆杆看成是匀质杆，并将小车和摆杆组成个运动刚体系统。综合考虑各种因素本论文采用牛顿欧拉方法实现对级倒立摆的建模。理想化后的直线级倒立摆的模型如图所示。图直线级倒立摆的模型图中级倒立摆系统的各个部件的含义为小车质量摆杆质量小车摩擦系数摆杆转动轴心到杆质心的长度摆杆惯量加在小车上的。

11、摆杆垂直方向的受力分析图可以得到如下方程展开为对摆杆进行力矩分析可得到力矩平衡方程为通过合并式和消去和，得到系统的第二个运动方程为万方数据第二章直线倒立摆系统的建模与分析由图可知，假设，则可进行近似处理，，。其中用来代替输入力，线性化处理后可得到两个运动方程如下对式进行拉普拉斯变换可得到求解式中的第个方程可得到即若令，则有将式代入式可得到。

12、数据直线倒立摆系统二自由度模型驱动控制器设计论文创新点本论文采用控制方法能够实现对倒立摆的稳定控制，该方法与常规控制比较，系统性能有了很大的提高，具有可行性和优越性。将控制系统用于固高公司系列的级倒立摆实时控制研究，结果证明控制系统可以实现对级倒立摆的实时控制。万方数据第二章直线倒立摆系统的建模与分析第二章直线倒立摆系统的建模与分析直线级倒立摆系统的建模与分析直线级倒立摆系统的结构组成本文是以固高公司系列的直线倒立摆作为被控对象。直线级倒立摆主要由直线运动模块和级摆体组件组成，是最常见的倒立摆之。其机械部分主要由小车摆杆导轨皮带轮和传动皮带等构成，控制对象由小车和摆杆组成电气部。

参考资料：

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