一阶倒立摆的PID控制和LQR控制

发布网友发布时间：2024-09-30 14:25

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热心网友时间：2024-10-06 03:24

一阶倒立摆的PID控制和LQR控制在机器人技术中起着关键作用，尤其在人形机器人行走等场景中。本文将探讨这两种控制策略在处理一个动态模型中的应用，该模型涉及一个在小车上不稳定杆的控制问题。

模型建立基于小车的轮子电机，通过电机转矩M影响杆的倾角α。不考虑滑动因素，简化为经典的倒立摆模型。小车的水平和摆动方程经过分析，得出一阶动态系统方程。通过拉普拉斯变换，我们得到摆角和小车位置的传递函数。

PID控制通过直接对摆角进行控制，虽然调参过程可能较为玄学，但可以实现扰动响应的平滑。位置控制则采用双闭环策略，确保小车保持平衡。然而，对于MIMO系统，全状态反馈的LQR控制更为先进，通过合理设定K矩阵，可以灵活调整系统的极点位置，以实现更稳定的控制效果。

仿真部分展示了PID和LQR控制在Simscape Multibody环境中的表现，LQR控制能更好地抑制摆动和小车的不稳定性。至于代码和SIMULINK文件，由于时效性问题，文件可能存有误差，建议自行修改或参考提供的资源。