单级旋转倒立摆极点配置与二次型最优控制

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ｓｇａｒ－ｒｖｎｉｖｒｅｅｄｌｍｉｎｌａｍｄｉｅｎｅｔｄｐｎｕｕ
ＺＮｎ — ｏｇＦＮｈｎｊｏＺＡｉ —ｕＥＧＭｅｇｘｎ，ＡＧＣｕ－ａ，ＨＯＱａｈｉｉｉｎ
（ｏｅｅｏｃａｉｌＭｔｉｌｎｉｅｒｇＣｉａＴｒｅＧｒｅｎｖｒｔ，ｉａｇ４３０，ｈｎ）ＣｌｇｆｌＭｅｈｎｃ＆ａｅａＥｇｎｅｉ，ｈｎｈｅｏｇｓｉｓｙＹｃｎ０２ＣｉａａｒｎＵｅｉｈ４
ｒｔｒｖ￣ｄｐｎｕｕ，ａｒｔｎｔｔ—ｐｃｄｌａｓｂｉｅｎｅｔｄｗｉｉｅｒｚｔｎｐｏｅｓｈｎｅｔｄｐｎｕｕｓｓｅｏａｙｉｅｅｅｄｌｍｎａｉａｓａｅｓａｅｍｏｅｓｅｔｌｈｄａｄｔａｅｔｌａｉａｉｒｃｓ．Ｔｅｉｖｒｅｅｄｌｍｙｔｍｏｌｗａｓｒｈｎｏ
曾孟雄，春娇，千惠方赵
（三峡大学机械与材料学院，北宜昌４３０）湖４０２
摘要：了使旋转倒立摆的旋臂与摆杆始终保持在垂直姿态，为通过对单级旋转倒立摆系统结构和动力学分析，建立了合理的状态空间模型并进行了线性化处理，分别通过极点配置和二次型最优控制进行了控制优化，并在Ｍａａｔｂ中进行了仿真分析，ｌ实现了对旋臂与摆杆的控制。研究结果表明，二次型最优控制具有更好的响应性能和算法简单等特点，在实际应用中具有重要意义。
关键词：立摆；点配置；次型最优控制倒极二中图分类号：Ｐ３Ｔ１文献标识码：Ａ文章编号：０１４５（００００６ｏ１０ — ５ｌ２１）３－００一４
Ｐｏｅｐａｅｅｔａｕｄａｉｐｉａｏｔｏｏｈｌｌｃｍｎｎｄｑａｒｔｃｏｔｍｌｃｎｒｌｆｒｔｅ
ｗａｏｔｌｄ，ｒｓｅｔｅｙｙｔｅｐｌｌｃｍｅｔａｄｔｅｑａｒｔｐｉｌｃｎｒｌｓｃｎｒｌｏｅｅｐｃｉｌ，ｂｈｏｅｐａｅｎｎｈｕｄａｉｏｔｖｃｍａｏｔ，ｗｈｃｓｓｌｔｄａｄａａｙｅｎＭａｌｂ．Ｔｅｏｉｈｗａｉａｅｎｌｚｄｉｔｍｕｎａｈ
第２７卷第３期
２１００年３月
机
电
工
程
Ｖｏ．．＆ＥｅｔｃｌＥｇｎｅｎｏｒａｆＭｅｈｎｃｌｌｃｒａｎｉｅｒｇｉｉ
Ｍａ．２ｌｒＯ０
单级旋转倒立摆极点配置与二次型最优控制
Ｏ引言
倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、绝对不
型优控最制。１单极旋转式倒立摆结构及数学模型
１１单级旋转倒立摆系统结构．倒立摆基本工作原理是用一种强有力的控制方法
稳定、阶次和强耦合系统。倒立摆仿真或实物控制高
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ａｉｎｔｅｉｉｇｏｏａｙｉｖａｄｐｎｕｕａｗａｓｉｅｕｒｇｔｏｔｒ，ｂｎｙｉｇｓｒｃｕｅａｄｄｎｍｉｓｆｈｉｎｌｍｉｇａｍａｎｎｆａｒｔｒｅｅｅｄｌｍｌｙｎｔｐｉｈｓｕｅｙａａｚｎｔｔｒｙａｃｅｓｇａｒｎｈｐｌｕｎｏｔ
ｃｎｒｌｎｆｔｅｓｉｒａｄｐｎｕｕｗｓｒａｉｅ．Ｔｅｒｓｌｎｉａｅｔａｅｑａｒｔｐｉｌｏｔｌａｅｔｒｒｓｏｄｄｐｒｒｏｔｌｇｏｐｒａｍｎｅｄｌｍａｅｌｄｈｅｕｔｉｄｃｔｈｔｈｕｄａｉｏｔｏｉｈｌａｚｓｔｃｍａｎｒｓｂｔｅｐｎｅｅｆｍ・ｃｏｈｅｏａｃｄｃａａｔｒ。ｓｃｓｓｌｌｏｉｍ．Ｉｈｓａｇｅｔｉｎｆｈｒｃｉａｐｌａｉｎｎｅａｈｒｃｅｓｕｈａｉｅａｇｒｈｎｍｐｔｔａｒａｇｉｉｔｅｐａｔｌａｐｉｔ．ｓｙｎｃｃｏＫｅｒｓ：ａｎｄｖｎｉｖｒｅｅｄｌｍ；ｐｌｌｃｍｅｔｕｄａｉｐｉｌｃｎｒｌｙｗｏｄＨ－ｒｅｅｄｐｎｕｕｉｎｔｏｅｐａｅｎ；ｑａｒｔｏｔｃｍａｏｔｏ
实验是控制领域中用来检验某种控制理论或方法之有效性的典型方案。倒立摆系统的研究能有效反映控制中的非线性、鲁棒性、镇定、随动以及跟踪等典型问题。同时倒立摆的动态过程与人类的行走姿态类似，平其衡与火箭的发射姿态调整类似，因此倒立摆在研究双足机器人直立行走、箭发射过程的姿态调整、火海上钻