● 摘要
倒立摆系统是控制理论中经典的实验对象，具有严重的非线性、自然不稳定、欠驱动等特性。本课题主要研究了基于DSP的环形并联倒立摆的控制，基于Matlab-DSP开发环境，搭建了硬件平台，研究了环形并联倒立摆稳摆控制算法，最终实现了仿真和实物控制。具体工作如下：
首先，以TMS320F2812为核心芯片，IS61LV25616芯片为扩展，搭建了环形并联倒立摆控制系统的硬件平台，实现了数据采集、电机控制等功能；基于MATLAB-DSP的集成开发环境完成了倒立摆控制系统的软件平台，通过硬件平台和软件平台实现了对倒立摆的控制。
其次，为了实现对倒立摆的控制，利用基于能量的拉格朗日方法建模方法，在平衡位置附近进行了线性化处理，得到倒立摆控制系统的线性模型。然后，着重研究了倒立摆系统的稳摆控制算法：运用LQR方法设计了倒立摆的稳摆控制器，利用遗传算法寻优加权矩阵Q和R，经优化后，基于LQR算法的倒立摆控制系统的控制效果得到了改善；而后运用模糊控制方法设计倒立摆稳定控制器，采用LQR方法设计融合函数，通过降维构造了倒立摆系统的二维模糊控制器，利用遗传算法对量化因子、比例因子进行寻优，改善了模糊控制器在倒立摆系统上的性能。
对上述两种方法进行仿真研究后，将仿真模型转换成为快速原型，能自动生成DSP的嵌入式C代码，在倒立摆的软硬件平台上实现了环形并联倒立摆的实物控制。通过仿真研究和实验验证可知，相比LQR控制，模糊控制在非线性的倒立摆系统中具有一定的优越性，但是运算时间也较前者长。