宋運忠，張蛟龍，張　偉
河南理工大學電氣工程與自動化學院，河南焦作

摘　　　要：針對平面二級倒立擺系統具有的多變量、非線性、強耦合、穩定控制實時性和快速性要求高的特點，設計了利用協調因子優化控制效果的改進型ＬＱＲ控制器。運用分析動力學方法對倒立擺建立數學模型，以ＬＱＲ理論設計了平面倒立擺的較優控制器，在此基礎上加入性能協調因子，它能根據狀態變量的變化實時調整控制作用的大小，進而對ＬＱＲ輸出的預控制作用進行精細處理，優化控制作用，進一步改善控制效果，經系統仿真與實驗室實時控制驗證，其結果表明這種控制器設計簡單，實時性好，并能同時保證在不同的運行條件下具有較高的控制精度，較快的響應速度，良好的穩定性和魯棒性。

關　鍵　詞：平面二級倒立擺；ＬＱＲ；協調因子；實時控制

１　引　言
倒立擺系統具有非線性、欠冗余性、不確定性、強耦合和自然不穩定性等特點，由于這些特點使其成為研究各種先進控制理論的理想模型和檢驗控制效果的典型實驗平臺。隨著智能控制算法研究的發展，模糊控制、神經網絡、自適應控制［１�玻常莸瓤刂品椒ǖ玫搅丝刂平绲钠毡檎J同，近年來把幾種控制方法相結合的混合控制，能夠充分利用各自的優點，成為倒立擺控制研究的熱點。各國學者對倒立擺系統的控制［４�玻叮葸M行了大量研究，這些控制方法都存在一定的局限性，同時控制算法越復雜，實時控制的效果就越差，實現的困難也會加大，一個簡便而有效的方法就是結合ＬＱＲ理論設計控制器，實時性好，容易實現倒立擺的穩定控制。本文在分析了平面倒立擺的特點和物理結構的基礎上，首先運用ＬＱＲ理論設計出較優控制器，僅用這個控制器來控制倒立擺其效果還不夠好，本文在ＬＱＲ預控制作用下再加上性能協調因子，它以狀態變量的變化為參考，根據需要實時自適應調整協調因子的大小，控制作用也會隨之優化，進一步改善了控制效果。

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