非完整欠驱动机械系统的控制是目前非线性控制的一个重要领域。本论文以欠驱动体操机器人Acrobot为对象，研究非完整欠驱动机械系统的智能控制。Acrobot是一个在垂直平面上运动的两杆机器人，有两个自由度但只有一个驱动器，它的控制目标是从垂直向下稳定平衡点摇起到垂直向上不稳定平衡点，并平衡在这个不稳定平衡点上。本论文针对Acrobot控制中存在的问题，提出了基于模糊控制、变结构控制和LQR控制的智能集成控制方法。 本论文第1章首先介绍了研究欠驱动机器人Acrobot的目的和意义，然后在介绍了Acrobot的控制现状之后，提出了Acrobot控制存在的问题。 第2章基于齐次变换和拉格朗日方程，建立了Acrobot的动力学模型。首先，介绍坐标平移和坐标旋转的齐次坐标变换概念；然后，根据Acrobot的能量，应用拉格朗日方程来推导出Acrobot的动力学方程。这种方法仅需计算Acrobot的动能和势能，不仅描述方法简单，而且还能够充分反映Acrobot的特征。 第3章通过分析Acrobot的固有特性和运动特点，把Acrobot的整个运动空间划分为摇起区和平衡区。在此基础上，提出了一种基于模糊控制和LQR控制的智能集成控制策略。在摇起区，基于Acrobot的能量，推导出能够确保Acrobot的能量在摇起过程中随着每次摆动而不断增加的摇起控制规律，同时设计一个模糊控制器来调节控制力矩的大小，使之随着能量的增加而减小，从而保证Acrobot平滑地由摇起区过渡到平衡区。在平衡区，采用在不稳定平衡点的线性近似模型来设计LQR控制器，实现Acrobot的平衡控制。最后用仿真结果证明了这种智能集成控制策略的有效性。 为了扩大能够实现平衡控制的范围，第4章提出一种基于Takagi-Sugeno（TS）模糊模型的平衡控制方法。首先针对Acrobot的动力学特点，采用局部线性化的方法，建立描述Acrobot在平衡区的动力学特性的TS模糊模型。TS模糊模型能够在较大的平衡区范围内准确地描述Acrobot的非线性特性。对每一局部线性模型，采用极点配置的方法设计局部控制器，对局部控制器用模糊混合的方法求得平衡控制的模糊控制器，通过线性矩阵不等式方法分析 赖旭芝：一类非完整欠驱动机械系统的智能控制平衡控制的稳定性。在此基础上提出一种基于模糊控制的智能集成控制，摇起区采用由第3章设计的模糊控制，平衡区采用基于TS模型的模糊控制，最后用仿真结果说明这种控制策略的有效性。 更进一步，本论文第5章提出了一种基于模糊控制和变结构控制的智能集成控制策略，基于能量的模糊控制用于g起 ACFObot，模糊变结构控制用于实现由摇起区到平衡区的快速 一过渡，基于TS模型的模糊控制用于平衡Acrobo。模糊变结构控制器由变结构控制器和模糊控制器组成。当Acrobot的能量达到不稳定平衡点所具有的势能时，采用变结构控制器使Acrobot的两杆呈现自然伸直姿态，从而容易进入平衡区；而模糊控制器用来调节变结构控制器中相应的参数，保证变结构控制器作用时，Acrobot的能量基本维持不变。这种控制策略解决了由摇起区快速过渡到平衡区的问题。 第6章针对前面提出的三种控制策略，本论文讨论了在模型参数摄动下的鲁棒性问题，基于仿真结果进行了鲁棒性分析。 第7章把Acrobot的控制策略扩展到多自由度欠驱动手臂机器人的控制，针对具有n个自由度但只有n—1个驱动装置的欠驱动手臂机器人，提出了一种多自由度欠驱动手臂机器人的控制策略，为多自由度欠驱动机械系统的控制提供了方法。 第8章总结全文，得出本论文的主要结论和进一步的研究方向。