一级倒立摆控制器的设计与实现

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇一级倒立摆控制器的设计与实现范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：该文以固高一级直线型倒立摆为研究对象，根据LQR控制和PID控制的优缺点互补，采用LQR控制结合PID的控制器，使系统具有结构简单、易于实现以及具有较强的适应性和鲁棒性，并且可以获得良好的动态性能和稳态性能。

关键词：倒立摆；PID控制；LQR控制

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）34-7735-02

倒立摆系统是一个非线性，高阶次，多变量及强耦合的系统，可以有效验证控制理论，许多控制理论，如系统稳定性、鲁棒性和可控性等，都可以通过倒立摆系统直观的体现出来[1]。

1 PID-LQR控制

1.1 PID控制

PID控制就是比例、积分和微分的线性组合构成的反馈控制律。它具有原理简单、直观易懂、易于工程实现、鲁棒性强等优点[2]。

1.2 LQR控制

1.3 PID-LQR控制器

PID控制器中比例系数主要影响系统偏差，微分系数可以改善响应速度，改善系统的稳定性，这就使得PID控制具有结构简单，鲁棒性好，速度快的优点；但是存在参数整定困难，对倒立摆这样的强不稳定系统，超调较大的缺陷，控制效果不理想；LQR控

制器具有较优的稳态特性，超调量足够小，但是LQR控制器的鲁棒性及瞬态特性较差，特别在扰动较大时，可能失去控制作用[3]。

由前面对PID控制和LQR控制的优缺点的论述知道，在选择合适的门值的情况下，PID控制和LQR控制可以组成一个很好的控制器。系统仿真图3所示。

2 结束语

当摆杆处于初始状态时，首先采用自起摆控制环节完成摆杆的摆起，当摆杆偏角达到近似线性化允许的偏差范围内，即达到摆起效果，此时自起摆失去作用，系统的控制由PID-LQR构成的控制器控制。如果偏差较小，则LQR控制器起作用，当偏差较大时，则PID控制器起作用，这样可以使系统具有很好的稳定性和鲁棒性，可使倒立摆系统能够稳定的工作。在外界有一定的干扰的情况下系统依旧能够保持在稳定状态。

参考文献：

[1] 熊新.基于ARM的二级倒立摆控制的研究[D]. 昆明：昆明理工大学，2008.

[2] 桑英军，范媛媛，徐才千.单级倒立摆控制方法研究[J].控制工程，2010（06）：743-745.

[3] 刘璟，梁昔明.LQR控制与PID控制在单级倒立摆中的对比研究[J].自动化技术与应用，2007（1）.