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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

自动控制自从其产生以来，广泛应用在工业、农业、交通运输和国防各个方面，凡是控制性能要求较高的场合，都离不开自动控制。倒立摆系统作为研究控制理论的一种典型的实验装置，具有成本低廉，结构结构，物理参数和结构易于调整的优点。然而倒立摆系统本身所具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，是一个绝对不稳定系统，必须采用十分有效地控制策略才能使之稳定。倒立摆系统是研究变结构控制，非线性控制，目标定位控制，智能控制等控制方法理想的试验平台。

2. 研究的基本内容

1.针对一级倒立摆系统，首先介绍直线一阶倒立摆的物理结构，分析其受力情况，并在一定假设条件下，建立一阶倒立摆系统的数学模型，并对其进行线性化，初步分析其运动特性。

2.运用极点配置法和线性最优控制理论lqr算法来设计状态反馈控制器，另外设计pid控制器对倒立摆系统进行有效控制，以此比较不同控制器对系统稳定性控制的能力。

3.通过matlab中的simulink对倒立摆系统进行仿真，对不同控制器作用下的倒立摆系统的稳定情况进行比较。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案：

1、熟练掌握《现代控制理论》、《自动控制原理》等课程内容的基础上，在教师的指导下查阅有关倒立摆的书籍、论文，熟悉倒立摆建模、编程、仿真流程。

2、针对被控对象使用微分方程建立传递函数和状态空间数学模型。

4. 参考文献

[1]刘豹，唐万生.现代控制理论(第三版).机械工业出版社,2006.

[2]胡寿松.自动控制原理(第六版).科学出版社,2013.

[3]薛山.matlab基础教程.清华大学出版社,2011.