基于广义通用模型控制器的倒立摆串级控制系统设计

郭丙君

【摘 要】在保证倒立摆摆杆不倒的条件下，使小车位置可控，应用串级控制设计方法，首先推导出相应的模型，应用广义通用模型控制器的设计方法对于内环及外环进行设计，将被控对象的模型嵌入到控制器中，应用主导极点的思想对于控制器参数进行选择，仿真结果验证了控制系统具有良好的性能。

【关键词】倒立摆；控制系统

0 前言

倒立摆是一种典型的快速、多变量、非线性、 绝对不稳定系统。人们试图寻找不同的控制方法以实现对倒立摆的控制，以便检验或说明该方法对严重非线性和绝对不稳定系统的控制能力。

目前，已经报道了多种先进的控制方案如最优控制、自适应控制、智能控制等在倒立摆平台上成功应用[1]。但是比较少有报道在保证倒立摆摆杆不倒的条件下，使小车位置可控。

3 仿真实验

根据上节设计的控制器参数及被控对象的模型，在MATLAB/SIMULINK中进行了仿真实验，仿真实验结果如图3所示。图3可以看出系统大约在10s就稳定了，小车位置就稳定在0，控制效果良好。

4 结论

通过应用双闭环控制系统的设计方法对一级倒立摆系统进行控制，在保证倒立摆摆杆不倒的条件下，使小车位置可控的，分别应用广义通用模型控制器对内环和外环控制器进行设计，仿真结果表明该控制方案可以达到良好的控制效果。

【参考文献】

[1]朱文凯，袁桂嫦，朱学峰.倒立摆的 PID 与 LQR 控制算法的对比研究[J].广东自动化与信息工程，2006（2）.

[2]固高科技有限公司.倒立摆与自动控制原理实验[M].深圳：固高科技有限公司，2005.

[3]杨平，徐春梅，曾婧婧，蒋式勤，彭道刚.PID控制在倒立摆实时控制系统中的应用[J].计算机信息（测控自动化），2006，22（7-1）：83-85.

[4]Bingjun Guo， Jinshou Yu， Generalized Common Model Control[J].Can. J. of Chemical Engineering，2005，6，83（3）：599-602.