姜香菊　刘二林

(兰州交通大学自动化学院1，甘肃 兰州　730070;兰州交通大学机电学院2，甘肃 兰州　730070)



旋转倒立摆的起摆与稳摆研究与实现

姜香菊1刘二林2

(兰州交通大学自动化学院1，甘肃 兰州730070;兰州交通大学机电学院2，甘肃 兰州730070)

针对倒立摆系统的起摆与稳摆问题，利用Lagrange方程建立了单摆与倒立摆的完整数学模型。采用正反馈控制算法进行单摆的起摆控制，采用双PID算法进行倒立摆的稳摆控制。设计了基于摆杆角度和角速度的两种能量控制切换模式，并进行了仿真验证和实物验证。仿真和实际运行结果表明，所设计的针对角速度的正反馈控制器起摆速度更快，所提出的两种切换模式可以使控制更稳定。

正反馈控制器双PID旋转倒立摆单摆起摆稳摆动力学分析Lagrange方程

0　引言

倒立摆系统是一个不稳定、多变量、强耦合的欠驱动非线性机械系统，可以作为典型的控制对象进行研究。倒立摆的种类很多，有直线倒立摆、旋转倒立摆等。旋转倒立摆受力分析较其他倒立摆复杂，具有不稳定性及非线性，对控制算法有更高的要求[1-2]。

本文采用直流电机、减速机构、微控制器、电机驱动芯片和1 024线小型位置式编码器等，设计了一个一级旋转倒立摆；同时，利用Lagrange方程对系统进行了动力学分析，建立了单摆和倒立摆的数学模型，设计了起摆和稳摆控制器。将设计的控制器移植到微控芯片中进行实际测试，结果表明，设计的系统机械结构合理、响应速度快、鲁棒性好[3-14]。……