基于网络通信的倒立摆系统的控制(3)
统的线性控制 ， 后来逐渐开始对二级与三级直线倒立摆的研究 。 近几年来倒立摆发展
出了更多的形式 , 其中常见的有平面运动的倒立摆，旋转轨道的环形倒立摆以及柔性
连接倒立摆等 [7]本科毕业设计说明书 论文
目前倒立摆系统的主要研究问题可分为起摆控制方法的研究和稳摆控制方法的研
究。
倒立摆的起摆控制规律主要是集中在基于能量 、 基于最优控制以及基于智能控制
的方面 。 而工作平衡点的稳定控制规律主要是集中在最优控制 、 智能控制和模糊控制
等方面 [8]
。
基于能量的控制是通过控制摆杆的能量而不是通过控制摆杆的位置与速度 。 付莹
[9]
等人采用了使系统局部线性化，输出量为系统摆动能量的方法，成功的实现了倒立
摆系统的稳定性控制。
最优控制理论就是在一定的条件下 ， 在完成所要求的控制任务时 ， 使系统规定的
性能指标最优的一种控制 。 于怀博 [10]
将极点配置法和最优控制理论结合起来 ， 按规定
主导极点的方法确定加权矩阵 ， 在对其改进的基础上配置出了最优控制器 。 它能够很
好地实现二级、三级倒立摆系统的仿真控制和二级倒立摆系统的实物控制。
随着人工智能领域的逐渐发展 ， 在解在决复杂被控对象的控制问题中 ， 智能控制
越来越显示出其优越性 ， 并在实际应用中也显示出很强的生命力 。 苏海燕 [11]
采用智能
控制的方法将模糊控制与神经网络融合 ， 利用神经网络的学习能力设计模糊神经网络
控制器和 T . S 型模糊控制器应用在固高公司所生产的倒立摆 实 验系统中 ， 并取得了很
好的效果。
2.3 2.3 2.3 2.3 难点问题 难点问题 难点问题 难点问题
尽管国内外在基于网络通信的倒立摆系统的控制上取得了一定的成就 ， 但是仍然
存在了一定的难点问题，主要体现在以下的方面：
(1) 时延问题 ： 在网络控制系统中 ， 当传感器 、 执行器与控制器等多个网络节点通
过共享网络信道交换数据时，由于网络宽带有限和网络中的数据流量变化不规则 ， 常
常出现多路径传输 、 数据碰撞 、 网络拥塞 、 连接中断等现象 。 因而不可能避免地出现
了信息交换的时间延迟，即网络诱导时延。控制系统中的各个节点在量化、编 / 解码
等数据处理的过程中也会导致时间延迟，在网络拓扑结构、网络协议、路由算法 、 传
输速率、负载状况和信息包大小等诸多因素的影响下，网络时延具有随机或固定 、 有
界或无界的特点 [12]
。姚远 [1 3 ]
等人提出了主动变采样周期的网络化控制器的设计方法 ，
这为变采样周期的网络化控制系统建立了离散数学模型方法 ， 在一定程度上解决了时延的问题，可以作为参考的解决方法。
(2) 数据包问题 [1 4 ]
: 包括数据包丢失以及数据包时序错乱。数据包丢失的主要原因
有 (1) 网络节点偶尔发生通信故障 (2) 频繁的通信冲突 (3) 信道的干扰。数据包时序错
乱根据采用的单包、多包传输模式的不同，数据包的时序错乱可分为两种情况： (1)
对于单包传输 ， 由于数据包中的数据是完整的 ， 此时数据包的时序错乱是指原来有一
定先后次序的多个完整的数据在从源节点发送到目标节点时 ， 其到达的时序与原来的
时序不同； (2) 多包传输的情况，一个数据被分成多个数据包进行传输，当这些数据
包从源节点到达目标节点时 ， 其到达的时序与原来的时序不同 ， 不仅不同时刻的数据