環形單級倒立擺系統的優化跟蹤控制

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714155

摘要：倒立擺系統是一個典型的、非線性、不穩定的系統，對倒立擺的控制無論是在理論上還是在有深遠的意義。該論文以固高科技環形一級倒立擺試驗臺裝置為平臺，建立系統數學模型，重點是利用線性二次最優控制方法，設計出相應的LQR控制器，并對其進行參數優化，使倒立擺系統擺桿擺起并在水平位置附近以較小的角度擺動，同時使連桿在垂直向上的位置保持穩定，然后將控制過程在MATLAB軟件上進行仿真，并通過實驗實時控制環形倒立擺系統的穩定，實驗結果驗證了本文提出的控制方法的正確性和可行性。

關鍵詞：倒立擺；非線性；LQR控制器

五、結論

本文研究實現了利用LQR控制器并對其進行優化，實現對環形單級倒立擺的穩定控制，并且在實驗室利用固高科技環形一級倒立擺的硬件通過實時控制實驗實現了對其的優化跟蹤控制。在LQR控制器優化的過程中，分別優化了Q矩陣中的兩個參數和四個參數，通過對比階躍響應曲線可以看出，優化四個參數的控制效果比優化兩個參數的效果要好的多，最終選擇了優化四個參數的Q矩陣，進一步得到優化后的LQR控制器的參數K1，K2，K3，K4，并把其代入實時控制實驗中的LQR模塊進行實時控制，實驗結果證明了控制方法的可行性。

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作者簡介：胡象輝（1991），男，漢族，河南人，天津科技大學研究生在讀，研究方向：檢測技術及系統。