欠驱动机械系统是指独立控制输入少于系统自由度的机械装置。这类机械系统由于驱动装置的减少,特别适合应用在对重量和能源敏感的领域,如航空航天,机器人等。然而,驱动装置的减少也给欠驱动系统的控制增加了困难。Acrobot是欠驱动控制研究的基准对象之一,对Acrobot的控制研究有助于解决欠驱动领域的控制难题。本文以Acrobot为控制对象,研究行为约束下其在大范围内的起摆控制问题,旨在使Acrobot起摆到竖直向上的平衡位置时能达到较小的速度,同时缩短Acrobot起摆时间,使其接近于理想的最优起摆时间。行为约束是指Acrobot实物系统中力矩和角度的限制。在这种约束条件下的研究更有实际意义。针对Acrobot实物系统,本文建立了区别于理想模型的Acrobot实物系统数学模型,并通过仿真实验验证了模型的正确性。实物系统的动力学方程中增加了和实际因素相关的参数项,如摩擦力,带轮等,这些因素会对系统产生不同程度的影响。另外,本文采用遗传算法获取了Acrobot实物系统精确的参数,从而保证了控制器的设计。文中采用砰砰控制规律获取了系统的最优起摆时间,然而这种意义下的时间并不能完成起摆,它只提供了一个时间基准。以此时间为依据,文中设计了两种快速起摆的控制器:一种是采用部分反馈线性化并用遗传算法优化其参数的控制器,一种是基于遗传算法的起摆控制器。基于部分反馈线性化的起摆控制器采用能量泵升的策略,使连杆二跟踪一个动态的参考轨迹,从而保证Acrobot起摆。文中改进了参考轨迹函数,从理论上保证了两杆可同时达到最高点,并以时间为指标应用遗传算法优化了控制器的参数,最终达到快速起摆。基于遗传算法的控制器没有采用能量泵升的思想,而是模拟自然界中生物的遗传,进化操作,采用优胜劣汰机制最终使Acrobot起摆。这种方法在保证Acrobot快速起摆的同时,还可以使Acrobot达到最高点时的速度较小。文中最后对实验平台的驱动电路部分做了改进,提高了电机的输出力矩。在Simulink7.2环境下建立了基于RTW的半实物仿真平台,并在此基础上做了实验,验证了控制算法的有效性。