基于LQR的二級旋轉倒立擺電液控制系統研究

曾紹平，張超

(1.江西工業職業技術學院機械工程分院，江西南昌330039;

2.江蘇城鄉建設職業學院公用事業系，江蘇常州213016)

0 前言

目前，順著控制技術和計算機技術的快速發展，各種電液控制系統面向高度集成化、精確度高、非線性強和穩定性好的方向發展［1］。作為一種檢測比較控制算法的實驗平臺，倒立擺 (Inverted Pendulum)裝置在電液控制系統中得到廣泛應用。原因在于倒立擺裝置的特性 (高階次、不穩定、強耦合、非線性等)與工業過程的非線性系統具有很強的相似性。倒立擺作為一個自然非線性不穩定系統，需要通過人為的控制，讓其達到穩定狀態，通過對該裝置的系統的穩定性研究，能夠揭示系統控制過程中的各種問題，如系統不確定性、傳感器靈敏度、控制算法的可靠性等。對倒立擺的研究有很多，有對擺起控制方法的研究，有對倒立擺行程方面的研究，還有研究倒立擺仿真和控制器魯棒性方面。而對于倒立擺的研究起源20世紀50年代，麻省理工學院專家成功地設計了一級倒立擺實驗設備，該設備是參考火箭發射助推器原理設計出的［2］。進入60年代，倒立擺被人們以非線性的控制實例正式地推到研究人員的面前，其中以Schaefer和Cannon為代表的成功將Bang-Bang控制理論和倒立擺結構結合，實現了曲軸在倒立擺裝置的穩定［3］。60年代后期和70年代初，倒立擺作為一個不穩定、嚴重非線性系統，專家學者提出了多種控制算法，并用其檢驗控制方法對不穩定、非線性和快速性系統的處理能力，受到世界各國科學家的重視［4-6］。……