倒立摆是控制理论应用的一个典型研究对象,该系统的控制方法可以反应控制算法的稳定性、鲁棒性等关键问题,对军工、航天、机器人及一般工业过程控制有着重要的理论指导意义。由于平面二级倒立摆机械结构及其控制的复杂性,给该系统的工程实现带来一定难度,目前研究成果较少。本文以固高公司的GPIP2002型平面二级倒立摆为研究对象,介绍了一种平面二级倒立摆的控制方法。首先通过对平面二级倒立摆的动力学分析,借助拉格朗日方程得到其非线性数学模型,并对该模型进行线性化;考虑到模糊控制系统具有较强的抗干扰能力和鲁棒性,本文基于模糊控制理论设计了平面二级倒立摆控制器,采用具有综合误差和综合误差变化率的复合函数,减少了输入维数和模糊规则数目,有效地解决“模糊规则爆炸”问题;针对模糊控制器的输入和输出分别采用量化因子和比例因子,并对这些参数和反馈矩阵参数进行优化和调整;使用Simulink工具箱建立该模糊控制器,并分别对模糊控制算法和LQR算法作仿真试验,然后使用这两种控制方法对平面二级倒立摆进行了实物试验;最后通过对多组试验结果进行比较和分析,结论证明:该模糊控制算法与LQR算法相比具有易于实现、响应速度快、鲁棒性强等优点。