基于极点配置的倒立摆平衡控制与设计【文献综述】.pdf
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2022-07-02
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毕业设计开题报告
电气工程及其自动化
基于极点配置的倒立摆平衡控制与设计
一、前言
（说明设计或论文的目的、意义，介绍有关概念）
倒立摆作为一个实验装置，是一个高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合系
统，具有形象、直观、结构简单、构件组成、参数和形状易于改变、成本低廉等特点。
对倒立摆的研究可归结为对非线性、多变量、绝对不稳定系统的研究，它在控制过程
中能有效地反映控制中的许多关键问题，如非线性问题、系统的鲁棒性问题、随动问
题、镇定问题及跟踪问题等。因此对倒立摆系统的研究在理论上和方法论上具有深远
的意义。
近些年来，国内外不少专家学者对一级、二级等倒立摆进行了大量的研究，人们
试图寻找不同的控制方法实现对倒立摆的控制，以便检验或说明该算法对严重非线性
和绝对不稳定系统的控制能力。研究倒立摆系统不仅有很强的理论意义，同时也具有
深远的实践意义。许多抽象的控制概念如稳定性、能控性、快速性和鲁棒性，都可以
通过摆杆角度、位移和稳定时间直接度量，控制效果一目了然。同时其动态过程与人
类的行走姿态类似，其动态平衡控制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、火箭发射过程的姿态调整和飞行器飞行控制领域中有重要的现
实意义，相关的科研成果已经应用到航天科技和机器入学等诸多领域。倒立摆问题具
有如上所述的研究意义，而倒立摆系统又具有抗扰能力不佳的弱点，尤其是二级以上
的倒立摆。倒立摆系统在镇定后，如果受到扰动后摆杆易于倾倒，系统失控。倒立摆
系统属于多变量、非线性、不稳定、强耦合的快速系统，这些特点导致实现其控制较
为困难，因此多年来对它的研究受到控制学界的普遍重视。对倒立摆的研究可归结为
对多变量非线性系统的研究，因此其控制方法和思路对处理一般工业过程也具有指导
意义。通过对倒立摆的研究不仅可以解决控制中的理论问题，还能将控制理论涉及的
三个主要基础学科，力学、数学和电学(包含计算机)进行有机的综合应用。在多种控
制理论与方法的研究和应用中，特别是在工程实践中，存在一种可行性的试验问题，
使其理论和方法得到有效的检验，因此倒立摆的研究是一个从控制理论通往实践的桥
梁。
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