的倒立摆系统研究工作中，应充分利用前人的研究成果，将精力集中于所研究问题的关键点之中，以取得更大的研究成果。
一、实验目的
1初步了解“二自由度机械臂平面三级倒立摆”的结构、机械运动控制的基本原理和方法；
2对欠驱动机构的特点有一定的了解；3将机械运动控制的基本方法用于倒立摆的控制，熟悉和掌握一些机械运动控制的基本原理和方法。
f二、实验仪器及设备
实验所用的主要设备为固高科技深圳有限公司所提供的GPIP2013型倒立摆实验平台。该实验平台外形实物图如图21所示。
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1倒立摆2电控箱3控制电脑图21GPIP2013型倒立摆实验平台整体实物图
从实物图中可以看出，GPIP2013型倒立摆实验平台硬件结构主要由倒立摆本体机械结构、倒立摆电控箱和控制计算机三部分组成。
1倒立摆本体机械结构
图22倒立摆本体机械结构
f倒立摆本体机械结构即图21箭头1所指部分，它的运动是实验者能直接观测到的内容之一。GPIP2013机械部分主要由安装板，基座，一级机械臂摆驱动电机，一级机械臂，二级机械臂摆驱动电机，二级机械臂，摆杆旋转编码器，摆杆组成。
2倒立摆电控箱倒立摆电控箱即图21箭头2所指部分，其内部包含了电源开关、指示灯、复原旋钮等电气部件和采集卡、驱动控制器等数据处理模块。其中主要为固高公司OVW2102MD型运动控制卡、GT400SVPCIEDU型伺服驱动器等控制元件。
图23倒立摆电控箱内部结构
3控制计算机控制计算机即图21箭头3所指部分，主要用来处理控制信息。作为小型实验装置，用个人电脑PC机即可满足相关控制要求。控制计算机采用普通的PC机，CPU型号为I
terCoreQuadQ8300，主频25Hz内存2GB。
三、实验原理
倒立摆系统作为研究控制理论的一种典型的实验装置具有成本低廉、结构简单、物理参数和结构易于调整的优点，然而倒立摆系统本身所具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强藕合特性，是一个绝对不稳定系统，必须采用十分有效的控制策略才能使之稳定。
在本次实验中，使用LQR方法对其进行稳定控制。线性二次型调节器Li
earQuadraticRegulatorLQR问题是现代控制理论研究的一个重要的领域，并且在实际倒立摆系统设计中得到了广泛的应用，这是因为线性二次型LQ的性能指标比较容易计算、处理和分析，它利用最优控制方法来得到系统的控制方法，使
f得它有比较好的动态特性与鲁棒性，并且还可以得到系统的线性反馈结构。系统的状态方程是线性的指标函数是状态变量和控制变量的二次型。该方
法针对状态方程XAxBur