陳巴特爾，周東華
內蒙古民族大學計算機科學與技術學院，內蒙古通遼

清華大學自動化系，北京

摘　　　要：倒立擺系統可以用多種理論和方法來實現其穩定控制，如ＰＩＤ、自適應、狀態反饋、智能控制、模糊控制及人工神經元網絡等多種理論和方法，都能在倒立擺系統控制上得到實現。強跟蹤濾波器能夠對被噪聲污染的信號進行有效地估計，從而降低了噪聲的影響，強跟蹤濾波器的優點為對于模型不確定性具有較強的魯棒性；對過程的緩變或突變狀態均有很強的跟蹤能力。介紹強跟蹤濾波器在倒立擺控制系統中的應用并給出了仿真結果。仿真結果證實由于強跟蹤濾波器能有效地估計倒立擺的狀態，與沒有采用強跟蹤濾波器的控制方法相比較，不但降低了噪聲對系統的影響，而且顯著地提高了系統的魯棒性。

關　鍵　詞：強跟蹤濾波器；倒立擺；狀態方程

１　引　言
倒立擺的發展歷史及現狀［１］，早在２０世紀６０年代，人們就開始了對倒立擺系統的研究。１９６６年Ｓｃｈａｅｆｅｒ和Ｃａｎｎｏｎ應用Ｂａｎｇ�玻拢幔睿缈刂评碚摚瑢⒁粋�曲軸穩定于倒置位置。到２０世紀６０年代后期，倒立擺作為一個典型不穩定、非線性的例證被提出［２］。自此，對于倒立擺系統的研究便成為控制界關注的焦點。目前有關倒立擺的研究主要集中在亞洲，如中國的北京師范大學、北京航空航天大學［３］、中國科技大學［４］，日本的東京工業大學、東京電機大學，東京大學［９］。韓國的釜山大學、忠南大學，此外，俄羅斯的圣彼得堡大學［６］、美國的東佛羅里達大學、俄羅斯科學院、波蘭的波茲南技術大學、意大利的佛羅倫薩大學也都對這個領域有持續的研究。倒立擺系統是一個非線性多變量的不穩定的系統。過去人們對倒立擺的控制主要采用ＰＩＤ、自適應、狀態反饋、智能控制、模糊控制及人工神經元網絡等［７�玻梗荩�但在這些控制方法中都沒有考慮到輸出噪聲的影響，從而降低了控制的精度。強跟蹤濾波器解決離散數據線性濾波問題，由一系列數學公式描述。它們提供了一種高效可計算的方法來估計過程的狀態，它的優點是對于模型不確定性具有較強的魯棒性；對過程的緩變或突變狀態均有很強的跟蹤能力。因此，我們可以利用強跟蹤濾波器實時在線的估計出倒立擺運動過程中的狀態，然后進行狀態反饋。由于濾波后的狀態估計值大大降低了噪聲的影響，所以系統會有很好的魯棒性和動態性能。本文以直線小車倒立擺為例，研究了強跟蹤濾波器在倒立擺控制系統中的應用。

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