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建立了一套完整的二级倒立摆的实物系统。使用力学分析中的拉格朗日方程完成了二级倒立摆系统的数学建模。基于 LQR 方法对此二级倒立摆系统设计了一个最优控制器,并给出了一种选择加权阵 Q 和 R的经验方法。在 Simulink 环境下完成了二级倒立摆控制系统的仿真,并成功实现了二级倒立摆的长时间稳定控制。结果表明:二级倒立摆控制器的设计是成功的,它对外部干扰及建模未考虑因素都有较强鲁棒稳定性能。