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二级倒立摆的半物理仿真模型研究与实现
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2009-07-31
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本文在MATLAB 环境下建立了二级倒立摆的半物理实时仿真模型，并应用
线性二次型最优控制策略，设计了一个二级倒立摆LQR 控制器。在实验中，运行
该半实物仿真模型，成功的使倒立摆稳定地平衡在“倒立”状态。
倒立摆系统是一个典型的高阶次、多变量、严重不稳定和强耦合的非线性系统。该系
统的特点与火箭飞行以及两足机器人行走具有很大的相似性，因而对其研究具有重大的理论和实践意义。在控制过程中，它能有效地反映诸如可整定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多控制中的关键问题，是检验各种理论的理想平台。
而MATLAB 的应用一般多停留在数学仿真阶段，在应用线性系统理论设计控制器时，
需要建立较精确的数学模型，而目前建模方法有很大局限性，由于现实世界中存在的大量的不确定因素，所以难以对其精确描述。
本文中的直线型二级倒立摆采用的是固高公司的 GT400SV 系列产品。GT-400-SV 是一
个复杂灵活的运动控制器，用户能够通过硬件设置和软件编程，构成满足自身应用需要的控制系统。本文在MATLAB 环境下设计出它的半物理实时仿真模型，并成功实现了对倒立摆的控制。
线性二次型最优控制策略，设计了一个二级倒立摆LQR 控制器。在实验中，运行
该半实物仿真模型，成功的使倒立摆稳定地平衡在“倒立”状态。
倒立摆系统是一个典型的高阶次、多变量、严重不稳定和强耦合的非线性系统。该系
统的特点与火箭飞行以及两足机器人行走具有很大的相似性，因而对其研究具有重大的理论和实践意义。在控制过程中，它能有效地反映诸如可整定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多控制中的关键问题，是检验各种理论的理想平台。
而MATLAB 的应用一般多停留在数学仿真阶段，在应用线性系统理论设计控制器时，
需要建立较精确的数学模型，而目前建模方法有很大局限性，由于现实世界中存在的大量的不确定因素，所以难以对其精确描述。
本文中的直线型二级倒立摆采用的是固高公司的 GT400SV 系列产品。GT-400-SV 是一
个复杂灵活的运动控制器，用户能够通过硬件设置和软件编程，构成满足自身应用需要的控制系统。本文在MATLAB 环境下设计出它的半物理实时仿真模型，并成功实现了对倒立摆的控制。
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