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1、西南科技大学自动化专业方向设计报告设计名称：直线二级倒立摆的建模和镇定控制姓名：学号:班级：指导教师：起止日期：21方向设计任务书学生班级：学生姓名：学号：设计名称：起止日期：指导教师：设计要求：（1）建立直线二级倒立摆系统的数学模型，并在垂直向上方向上（工作点附近）得到线性化模型；（2）理解lqr（线性二次调节器）的基本原理，会利用matlab提供的lqr函数获得直线二级倒立摆线性化模型的lqr控制器；（3）利用matlab的simulink仿真环境，搭建倒立摆的控制系统，得到并分析仿真结果；（4）
2、撰写设计报告，完成答辩。方向设计学生日志时间设计内容21直线二级倒立摆的建模与镇定控制摘要（150-250字）倒立摆是一个典型的多变量、非线性、强耦合、欠驱动的自然不稳定系统，对倒立摆系统的控制研究，能反映控制过程中的镇定、非线性和随动等问题，因此常用于各种控制算法的研究。而且对倒立摆系统的研究还有重要的工程背景，对机器人行走、火箭的姿态调整等都有重要的现实意义。本文以直线二级倒立摆系统为模型，阐释了直线二级倒立摆的建模方法和镇定控制算法。其次介绍了直线二级倒立摆系统的结构和参数，应用拉格朗日方程建模
3、方法详细推导了二级倒立摆的数学模型，并对系统的性能进行分析。接下来，本文重点研究了最优控制算法在直线二级倒立摆镇定控制中的应用；在介绍倒立摆系统的最优控制算法的基础上，设计了系统的最优控制器，分析得出控制参数的选择规律；并且在Simulink上完成仿真实验,观察控制系统性能。关键词：倒立摆；建模；LQR；镇定控制21ModelingandBalanceControloftheLinearDoubleInvertedPendulumAbstract：Invertedpendulumisatypicalm
4、ultivariable,nonliner,closedcoupledandquickmovementnaturalinstablesystem.Theprocessofcontrolresearchcanreflectmanykeyproblemsincontroltheory,suchastheproblemoftranquilization,nonlinearity,followingandsoon.Sotheinvertedpendulumiscommonlyusedforthestudyof
5、manykindsofcontroltheory.Theresearchofinvertedpendulumalsohasimportantbackgroundofengineering,andhaspracticalsignificancefortheRobotwalkandRocket-profileadjustment.Inthispaper,takingthelineardoubleinvertedpendulumsystemasthecontrolmodel,reachingofthecon
6、trolsystembasedonlagrangeequationandoptimalcontrolalgorithm.Firstofall,givingouttheresearchsignificanceandsituationoftheinvertedpendulumsystem,andintroducingthelineardoubleinvertedpendulummodelingmethodsandstabilizationcontroltheory.Secondly,introducing
7、thestructureandparametersoftheinvertedpendulumsystem.Researchingoftheinvertedpendulummathematicalmodelbasedonlagrangeequation,andgivingadetailedderivation,thenhavingstabilityanalysisofthesystem.Next,thispaperstudiedtheinvertedpendulumsystem’soptimalcont
8、rolalgorithm,anddesignedtheLQRcontrollerbasedonit,thencomingtothelawofselectionofcontrolparameters.FinishingthesimulationintheSimulinksoftware,observingtheperformanceofthecontrolsystem.Keywords:invertedpendulum,modeling,LQR,balan
