直线一级倒立摆控制研究：从起摆到稳定

"这篇硕士学位论文主要探讨了一阶直线倒立摆系统的起摆与稳摆控制研究，由中南大学的肖力龙撰写，导师为彭辉，专业为检测技术与自动化装置。论文中，作者利用拉格朗日建模方法建立了直线一级倒立摆的数学模型，并通过局部线性化推导出状态方程。在控制策略上，采用了能量反馈方法进行起摆控制，并结合状态空间极点配置和线性二次型最优控制实现稳定控制。此外，该论文还实现了控制软件的编写，分别在Simulink Real-Time Workshop和Visual C++6.0环境下进行实时控制仿真，验证了方法的有效性。" 这篇论文详细分析了倒立摆系统的特性，它作为一个绝对不稳定的高阶次、非线性、强耦合系统，对于控制理论的研究具有重要意义。倒立摆控制不仅在理论上有很高的研究价值，能够验证各种控制方法在应对复杂系统时的能力，而且在实际应用中也有广泛的应用场景，如航空航天控制、机器人技术、杂技表演等。论文中，作者首先介绍了倒立摆的研究背景，然后通过拉格朗日力学方法建立了一阶直线倒立摆的数学模型，这是分析和控制倒立摆的基础。 接下来，作者对模型进行了局部线性化处理，这有助于简化复杂的非线性问题，使其更易于分析和控制。为了实现倒立摆的起摆和稳摆控制，论文采用了能量反馈的控制策略。这种策略通过调整系统能量来影响其动态行为，使倒立摆能够从倾斜状态稳定地摆动到垂直位置。同时，结合状态空间极点配置和线性二次型最优控制，可以优化系统的性能指标，确保系统的稳定性。 在控制器的设计和仿真阶段，论文详细描述了如何确定控制器的参数，并在Simulink Real-Time Workshop环境中进行了仿真验证。此外，通过Visual C++6.0开发的控制软件实现了实时控制，进一步证明了所提出方法在实际应用中的可行性。值得注意的是，论文指出，使用拉格朗日建模方法进行稳定控制时，即使在模型中忽略了小车质量和小车与导轨间摩擦系数的影响，也能实现有效控制，这降低了对系统参数精确度的依赖。 关键词包括：倒立摆系统、拉格朗日、能量反馈、极点配置。这些关键词概括了论文的主要研究内容和技术手段，为后续相关领域的研究提供了参考。这篇论文深入研究了一阶直线倒立摆的控制问题，提出的控制策略和实施方法对理解和解决这类复杂系统的控制挑战有着积极的贡献。