(完整word版)南邮开题报告

2024年3月31日发(作者：小升初数学试卷真题浙江省)

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南京邮电大学毕业设计(论文)开题报告

题 目

基于遗传算法优化的一级倒立摆控制系统LQR设计及硬件实现

学生姓名

提纲(开题报告2000字以上)：

1. 对指导教师下达的课题任务的学习与理解；

2. 阅读文献资料进行调研的综述（10篇左右）；

3. 根据任务书的任务及文献调研结果，初步拟定的执行（实施）方案（含具体进度

计划）。

班级学号

专业

一、对课题任务的学习和理解

随着现代科学技术的快速发展，控制工程所面临的问题越来越复杂。

许多系统具有严重非线性、模型不确定、大滞后等特点。倒立摆就是这样

的复杂系统，对它的研究具有一般性。倒立摆源于火箭发射器，最初的研

究开始于二十世纪50 年代，由美国麻省理工学院的控制理论专家根据火

箭发射助推器原理设计出一级倒立摆实验设备。倒立摆的控制技巧同杂技

运动员倒立平衡表演有异曲同工之处，这表明一个不稳定的被控对象，通

过人的直觉、采取定性的手段，可以使之具有良好的稳定性。

在控制理论的发展过程中，某一理论的正确性及其在实际应用中的可

行性需要一个按其理论设计的控制器去控制一个典型对象来验证。倒立摆

系统作为一个实验装置，形象直观，结构简单，成本低廉；作为一个控制

对象，他又相当复杂，同时就其本身而言，是一个高阶次、不稳定、多变

量、非线性、强耦合系统，只有采取行之有效的控制方法才能使之稳定，

因此倒立摆装置被公认为是自动控制理论中的典型实验设备。研究人员不

断从研究倒立摆控制方法中发掘出新的控制方法,并将其应用于航天科技

和机器人学等高新科技领域。

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通过对倒立摆系统的研究，不仅可以解决控制中的理论问题，还能将

控制理论所涉及的三个基础学科：力学、数学和电学有机的结合起来，在

倒立摆系统中进行综合应用。对倒立摆系统进行控制，其稳定效果非常明

了，可以通过角度、位移和稳定时间直接度量，控制好坏一目了然。理论

是工程的先导，对倒立摆的研究不仅有其深远的理论意义，还有重要的工

程背景。从日常生活中所见到的任何重心在上，支点在下的控制问题，到

空间飞行器和各类伺服云台的稳定，都和倒立摆的控制有很大的相似性，

故对其的稳定控制在实际中有很多用场，如海上钻井平台的稳定控制、卫

星发射架的稳定控制、火箭姿态控制、飞机安全着陆化工过程控制等都属

于这类问题。针对上面的实际问题，启发了人们采用智能控制方法对倒立

摆进行控制。因此对倒立摆机理的研究具有重要的理论和实际意义，成为

控制理论中经久不衰的研究课题。

二、

阅读文献资料进行调研的综述

倒立摆系统是典型的机电一体化系统,其机械部分遵循牛顿的力学定

律,其电气部分遵守电磁学的基本定理。因此,可以通过机理建模方法得到较

为准确的系统数学模型,通过实际测量和实验来获取系统模型参数。现在有

直线型倒立摆、环型倒立摆、平面倒立摆、柔性连接倒立摆、多级倒立摆

等实验设备。

无论哪种类型的倒立摆系统,都具有3个特性,即:不确定性、耦合性、

开环不稳定性。直线倒立摆系统，或称为“小车-倒立摆系统”，是由可以

沿直线导轨运动的小车以及一端固定于小车之上的匀质长杆组成的系统。

小车可以通过传动装置由力矩电机、步进电机、直流电机、或者交流伺服

电机驱动。小车导轨一般有固定的行程，因此小车的运动范围是受到限制