桑英軍,范媛媛，徐才千
淮陰工學院電子與電氣工程學院，江蘇淮安

東南大學電氣工程學院，江蘇南京

中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，吉林長春

摘　　　要：倒立擺系統是一非線性、強耦合、多變量和自然不穩定的系統，以其自身的不穩定性而難以控制，也因此成為自動控制實驗中驗證控制策略優劣的極好的實驗裝置。針對直線單級倒立擺系統的平衡控制問題，對其進行數學建模并進行了能控性分析，采用ＰＩＤ，ＬＱＲ，模糊變結構３種不同的控制方法，并在Ｍａｔｌａｂ環境下進行仿真，控制效果的實驗對比證明了３種方案對系統平衡控制的有效性，同時也展示了它們的控制品質和特性。ＰＩＤ控制結構簡單易于實現，ＬＱＲ控制較ＰＩＤ控制超調量小，調節時間短，且穩定性優于ＰＩＤ控制器，模糊變結構控制器具有較優的魯棒性及瞬態特性，系統受到參數攝動和外干擾時具有不變性，超調較小。３種控制策略仿真的對比結果對該方向的研究具有理論指導意義。

關　鍵　詞：單級倒立擺；ＰＩＤ；ＬＱＲ；模糊變結構

１　引　言
單級倒立擺系統（ＳｉｎｇｌｅＩｎｖｅｒｔｅｄＰｅｎｄｕｌｕｍＳｙｓ�玻簦澹恚┦且粋�典型多變量、不穩定和強耦合的非線性系統，倒立擺控制理論產生的方法和技術將在半導體及精密儀器加工、機器人技術、伺服控制領域、導彈攔截控制系統、航空器對接控制技術等方面具有廣闊的開發利用前景。本文針對倒立擺系統的平衡控制問題，首先介紹了單級擺的數學模型，設計并實現了幾種控制方法，基于經典控制理論的常規ＰＩＤ控制，基于較優控制理論的線性二次狀態調節器（ＬＱＲ）以及模糊變結構控制，同時根據實際的倒立擺系統進行了仿真試驗，對所獲得的控制結果進行了對比研究，充分展示了幾種控制方法的特點、性能以及證實了各種方法的有效性。

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