基于T-S模糊模型的倒立摆智能控制及仿真研究(2)
1.1.2 研究意义及应用前景
倒立摆的控制方法在军工、航天、机器人领域和一般工业过程中都有着广泛的用途，如机器人行走过程中的平衡控制、火箭发射中的垂直度控制和卫星飞行中的姿态控制等均涉及到倒置问题，因此对倒立摆系统的研究在理论和方法论上均有着深远的意义。
由于倒立摆系统的控制策略和杂技运动员顶杆平衡表演的技巧有异曲同工之处，极富趣性，而且许多抽象的控制理论概念如系统的稳定性、可控性和系统的抗干扰能力等等，都可以通过倒立摆系统实验直观的表现出来，因此在欧美发达国家的高等院校，它已经成为必备的控制理论教学实验设备.学习自动控制理论的学生通过倒立摆系统实验来验证所学的控制理论和算法，非常的直观、简便，在轻松的实验中对所学的课程加深了理解。
1.2 国内外研究现状
倒立摆系统稳定与控制的研究在国外始于60年代，我国则从70年代中期开始研究。首先根据经典控制理论与现代控制理论应用极点配置法，设计模拟控制器，国内外专家学者先后控制了单级倒立摆与二级倒立摆的稳定.随着微机的广泛应用，又陆续实现了数控二级摆的稳定.随着摆杆级数的增加，多级倒立摆由于其高度非线形和不确定性，其控制成为世界公认的难题.被控对象越复杂，数学模型越难精确推导，加上系统本身的非线形以及某些不确定性，使针对线形化模型进行控制系统设计的各种理论对解决这些复杂系统无能为力.在这样复杂的控制面前，把人工智能的方法引入控制系统，得到新的突破.相应的模糊智能控制、神经网络控制和仿人智能控制在倒立摆的控制上也取得了瞩目的成绩.2002年8月北京师范大学数学系李洪兴教授领导的科研团队采用“变论域自适应模糊控制理论”成功地实现了全球首例“四级倒立摆实物系统控制” . 而由此项理论产生的方法和技术将在半导体及精密仪器加工、机器人技术、导弹拦截控制系统、航空器对接控制技术等方面具有广阔的开发利用前景。
对倒立摆这样的一个典型被控对象进行研究，无论在理论上和方法上都具有重要意义.不仅由于其级数增加而产生的控制难度是对人类控制能力的有力挑战，更重要的是实现其控制稳定的过程中不断发现新的控制方法，探索新的控制理论，并进而将新的控制方法应用到更广泛的受控对象中.各种控制理论和方法都可以在这里得以充分实践，并且可以促成相互间的有机结合。
目前有关倒立摆的研究主要集中在亚洲，如中国的北京师范大学、北京航空航天大学、中国科技大学、日本的东京工业大学、东京电机大学、东京大学、韩国的釜山大学、忠南大学，此外俄罗斯的圣彼得堡大学、美国的东佛罗里达大学、俄罗斯科学院、波兰的波兹南技术大学、意大利的佛罗伦萨大学也对这个领域有持续的研究.近年来，虽然各种新型倒立摆不断问世，但是可自主研发生产倒立摆装置的厂家并不多，目前国内厂家还包跨（韩国）奥格斯科技发展有限公司和加拿大Quanser公司（FT-2840型倒立摆）、保定航空技术事业有限公司，最近，郑州微纳科技有限公司的微纳科技直线电机倒立摆的研制取得了成功。
倒立摆的研究具有重要的工程背景：
1)机器人的站立与行走类似双倒立摆系统，尽管第一台机器人在美国问世至今已有三十年的历史，机器人的关键技术——机器人的行走控制至今仍未能很好解决。
2)在火箭等飞行器的飞行过程中，为了保持其正确的姿态，要不断进行实时控制。
3)通信卫星在预先计算好的轨道和确定的位置上运行的同时，要保持其稳定的姿态，使卫星天线一直指向地球，使它的太阳能电池板一直指向太阳.