环形单级倒立摆系统的优化跟踪控制

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714155

摘要：倒立摆系统是一个典型的、非线性、不稳定的系统，对倒立摆的控制无论是在理论上还是在有深远的意义。该论文以固高科技环形一级倒立摆试验台装置为平台，建立系统数学模型，重点是利用线性二次最优控制方法，设计出相应的LQR控制器，并對其进行参数优化，使倒立摆系统摆杆摆起并在水平位置附近以较小的角度摆动，同时使连杆在垂直向上的位置保持稳定，然后将控制过程在MATLAB软件上进行仿真，并通过实验实时控制环形倒立摆系统的稳定，实验结果验证了本文提出的控制方法的正确性和可行性。

关键词：倒立摆；非线性；LQR控制器

五、結论

本文研究实现了利用LQR控制器并对其进行优化，实现对环形单级倒立摆的稳定控制，并且在实验室利用固高科技环形一级倒立摆的硬件通过实时控制实验实现了对其的优化跟踪控制。在LQR控制器优化的过程中，分别优化了Q矩阵中的两个参数和四个参数，通过对比阶跃响应曲线可以看出，优化四个参数的控制效果比优化两个参数的效果要好的多，最终选择了优化四个参数的Q矩阵，进一步得到优化后的LQR控制器的参数K1，K2，K3，K4，并把其代入实时控制实验中的LQR模块进行实时控制，实验结果证明了控制方法的可行性。

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作者简介：胡象辉（1991），男，汉族，河南人，天津科技大学研究生在读，研究方向：检测技术及系统。