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倒立摆系统具有形象、直观、结构简单、构件组成参数和形状易于改变、成本低廉等优点,所以倒立摆系统成为自动控制领域上教学、实验和科研的理想平台。倒立摆控制系统的鲁棒性、控制的非线性、随动问题和跟踪问题等的研究都可以通过其非线性、多变量、高阶次、强耦合、绝对不稳定的固有属性表达出来。因此,从长远的眼光来看,研究倒立摆系统的理论和方法意义非凡。本文研究对象是深圳固高科技有限公司生产的GLIP2003型的三级倒立摆装置,首先建立直线二级、三级倒立摆的动力学模型、围绕着直线二级、三级倒立摆的稳定控制算法、实验系统的软硬件介绍及MATLAB/Simulink的仿真情况等一系列的内容展开研究,大致围绕以下几个个方面进行介绍：(1)有关倒立摆系统的概述。围绕着倒立摆系统的基本理论展开,其包括倒立摆的分类、特性及建模的方法,并着重介绍了针对稳摆控制时的倒立摆系统在典型控制策略领域的国内外研究现状,并简要分析了这几种典型控制策略的优劣及发展前景。(2)介绍经分析力学的拉格朗日法建立直线二级、三级倒立摆的动力学模型,并基于直线二级、三级倒立摆的数学模型分析各自的稳定性、能控、能观特性。(3)通过对直线二级倒立摆的定性分析后,设计针对直线二级倒立摆稳定的控制器,并采用多种控制策略,包括模糊控制、滑模变结构控制、模糊滑模变结构控制,并分别基于三种控制器对直线二级倒立摆进行MATLAB/Simulink的仿真试验,通过对比研究发现控制效果的优劣。(4)通过对直线三级倒立摆的定性分析后,设计针对直线三级倒立摆稳定的控制器,并采用多种控制策略,包括线性二次型(LQR)控制、遗传算法控制、模糊控制,并分别基于三种控制器对直线三级倒立摆进行MATLAB/Simulink的仿真试验,通过对比研究发现控制效果的优劣。(5)详细介绍固高科技GLIP2003型直线三级倒立摆的实物控制系统的软硬件构成,特别是MATLAB/Simulink的实时工具箱RTW(Real-Time Workshop)的实控软件的使用方法。然后详细阐述了针对直线二级倒立摆的实时控制,且最终实现了预期的控制效果。最后总结该论文工作的内容及对下一步进行了展望。