倒立擺研究現(xiàn)狀文獻(xiàn)綜述世界上最簡(jiǎn)單的倒立擺研究實(shí)驗(yàn)裝置出現(xiàn)在上個(gè)世紀(jì)50年代。過(guò)了10年之后，倒立擺系統(tǒng)的概念才被相關(guān)的專家所提出，它才因此被世人所熟知。由于倒立擺系統(tǒng)具有強(qiáng)耦合、多變量、非線性和高階不穩(wěn)定的特點(diǎn)，所以被作為重要的被控對(duì)象用來(lái)研究各種控制理論[9]。在1982平面直線運(yùn)動(dòng)倒立擺并對(duì)此加以運(yùn)用。20世紀(jì)80年代Yamakita立擺級(jí)數(shù)由一級(jí)増加到二級(jí)[7]。根據(jù)倒立擺級(jí)數(shù)的不同，將倒立擺系統(tǒng)可分為一階倒立擺、二階倒立擺、三階倒立擺和多階倒立擺；根據(jù)倒立擺的運(yùn)動(dòng)方向，可分為直線型倒立擺和平面型倒立擺；根據(jù)倒立擺的運(yùn)動(dòng)軌道的不同，又可分為斜軌道、水平軌道、和圓軌道倒立擺系統(tǒng)。隨著對(duì)倒立擺系統(tǒng)研究的增多，又接踵出現(xiàn)了球擺、旋轉(zhuǎn)式倒立擺、柔性擺[1]。1.1倒立擺的分類系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)倒立擺結(jié)構(gòu)的分類，大致有下面幾種類型：（1）直線倒立擺系列模塊分成多種類型的直線倒立擺。直線倒立擺系列如圖1-1圖1-1（2）環(huán)形倒立擺系列1-2所示：圖1-2環(huán)形倒立擺系統(tǒng)（3）平面倒立擺系列平面倒立擺主要是XY工作臺(tái)和兩自由度機(jī)械臂分別與兩自由度球關(guān)節(jié)進(jìn)行組合，同時(shí)根據(jù)級(jí)數(shù)的不同，又可以分為多種平面倒立擺。平面倒立擺系列如圖1-3所示[18];圖1-3平面倒立擺系列1.2倒立擺的研究控制理論倒立擺系統(tǒng)主要由電機(jī)、導(dǎo)軌、擺桿、光電編碼器、小車和限位開(kāi)關(guān)等部分組成，由于倒立擺系統(tǒng)具有強(qiáng)耦合、多變量、非線性和高階不穩(wěn)定的特點(diǎn)，可以通過(guò)利用各種控制理論相結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證[10]。倒立擺在穩(wěn)定控制方面，主要有以下幾種研究控制理論：1.經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論是倒立擺系統(tǒng)研究控制中最先使用的控制理論，通過(guò)對(duì)倒立擺系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，從而推導(dǎo)出倒立擺系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，根據(jù)得到的傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)PID控制器。由于PID，不能同時(shí)研究擺桿角度和小車的位置[31]，具有一定的局限性。2.現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論是倒立擺系統(tǒng)研究控制中較為成熟的控制理論，該控制理論的基礎(chǔ)是狀態(tài)空間理論，通過(guò)推導(dǎo)倒立擺系統(tǒng)的非線性模型推導(dǎo)出立擺系統(tǒng)的輸出方程和狀態(tài)方程，應(yīng)用極點(diǎn)配置和LQR最優(yōu)控制等方法配置系統(tǒng)的極點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制[11]。3.智能控制相關(guān)理論模糊控制不依靠數(shù)學(xué)模型的精確性，且有較好的魯棒性是模糊控制的主要優(yōu)點(diǎn)，但模糊控制在某些方面也有著一些缺點(diǎn)，要想得到更好的控制效果，模糊控制應(yīng)與其他控制方法相結(jié)合起來(lái)使用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的優(yōu)點(diǎn)是具有較好的容錯(cuò)性和魯棒性，不確定性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性往往都可以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行學(xué)習(xí)和適應(yīng)，但其缺點(diǎn)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)和隱含神經(jīng)元的個(gè)數(shù)不容易確定[12]。遺傳算法智能算法的其中的一個(gè)重要分支是遺傳算法，并行、效率高、全局搜索是遺傳算法的本質(zhì)，它是通過(guò)模擬自然界的進(jìn)化機(jī)制從而發(fā)展起來(lái)的一種隨機(jī)全局搜索算法，在搜索過(guò)程中能夠自行搜索和積累有關(guān)空間相關(guān)的知識(shí)，并且能夠自適應(yīng)控制搜索達(dá)到最優(yōu)控制的效果，其優(yōu)點(diǎn)是較為簡(jiǎn)單且魯棒性強(qiáng)等[13]。參考文獻(xiàn)：[1]茹斐斐.雙閉環(huán)控制方法在兩輪自平衡小車中的應(yīng)用研究[D].河南大學(xué),2013.[2]蔣昌虎.倒立擺系統(tǒng)控制方法的研究與設(shè)計(jì)[D].東北大學(xué),2008.[3]祁虔,羅婷,劉楓,唐永川,文樹(shù)理,楊陽(yáng).基于遺傳算法的倒立擺系統(tǒng)模糊九點(diǎn)控制器參數(shù)優(yōu)化[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,36(11):191-200.[4]樊耀耀.橋式起重機(jī)定位控制研究[D].太原理工大學(xué),2015.[5]李積雅.改進(jìn)雙鏈量子遺傳算法的研究及應(yīng)用[D].西北師范大學(xué),2017.[6]陳巴特爾,周東華.強(qiáng)跟蹤濾波器在倒立擺系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].控制工程,2012,19(01):141-144.[7]史晶晶.直線倒立擺系統(tǒng)的二自由度模型驅(qū)動(dòng)PID控制器設(shè)計(jì)[D].山西大學(xué),2014.[8]陳建壯.UPS/EPS中可控整流器關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].華南理工大學(xué),2015.[9]趙文才.環(huán)形單級(jí)倒立擺系統(tǒng)的控制研究[D].廣東工業(yè)大學(xué),2018.[10]李宇成,岳春然,王目樹(shù).基于遺傳算法的倒立擺系統(tǒng)的多級(jí)控制研究[J].北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,21(03):19-24.[11]胡俠,王佳,楊會(huì)林.基于模糊控制導(dǎo)盲機(jī)器人控制方法[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2007(11):148-150.[12]榮亮.伺服作動(dòng)器新型動(dòng)態(tài)加載系統(tǒng)仿真與研究[D].南京航空航天大學(xué)，2017.[13]張國(guó)斌.放頂煤超靜定液壓支架的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2018,33(11):40-41+64.[14]郭立楊.電動(dòng)汽車超級(jí)電容—蓄電池混合式儲(chǔ)能裝置的研究與設(shè)計(jì)[D].山東建筑大學(xué),2018.[15]張程,張卓.自適應(yīng)模糊魯棒控制在機(jī)械臂系統(tǒng)中的應(yīng)用研究