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非线性是自然界和工程技术里普遍存在的现象,因此,对非线性问题的研究就显得尤为重要。作为一个典型的不稳定的非线性系统,倒立摆系统具有结构简单、成本低、便于用各种方法进行控制的特点,因而常被人们用来检验各种控制方法的优劣。倒立摆系统的控制是自动控制领域中典型的非线性控制问题,被广泛应用于航天、航空、航海和工业过程等领域,是控制理论教学和科研的典型的物理模型,是非线性控制领域的研究热点。然而,作为成熟的控制理论,经典控制理论和现代控制理论需要对模型中的非线性项做线性化处理,这使得经典控制理论和现代控制理论只能在较小范围内控制倒立摆系统,且实验结果与工程应用、教学和科研上的高精度要求仍有一定差距。随着高新技术的发展,人们对发展和应用非线性控制方法表现出强烈的兴趣。通过使用非线性控制,可以控制性能,可以进行硬非线性特性分析,可以对系统进行不确定性处理,可使设计更加简化。反馈线性化方法是一种比较先进的非线性控制方法,它不需要忽略掉任何高阶非线性项,这使得经过反馈线性化后的模型更切近于实际系统,实际控制效果更好。本文主要研究了反馈线性化方法在倒立摆系统稳定控制中的应用,本文以一级倒立摆系统为控制对象,阐述了倒立摆稳定控制的研究现状以及倒立摆系统的研究意义,用分析力学中的牛顿力学方法建立一级倒立摆的数学模型,并根据线性系统理论,对线性化后的模型做定性分析,分析结果表明此模型具有不稳定性、可控性、可观性。同时,本文利用LQR理论设计了控制器,并进行仿真实验,仿真结果表明了该控制器的有效性。但是,该控制器有控制范围较小、响应时间长、超调量大等不足。为了改进控制性能,本文详细地介绍了反馈线性化的相关理论,并根据反馈线性化的相关理论推导出反馈线性化设计稳定控制器的步骤。根据此设计方法,通过引入非线性反馈,把非线性的倒立摆系统转化为线性系统。而后,结合现代控制理论,本文设计完成基于反馈线性化控制器。为了更好地实现系统仿真,本文介绍了针对控制系统的仿真软件simu,利用此控制器在simu中对模型进行仿真实验,仿真结果表明该控制器的有效性,特别是,该控制器能够将摆角控制在-68°≤θ≤68°范围内。最后,本文分析了两种控制方法的仿真结果,通过比较,本文发现反馈线性化方法控制倒立摆具有响应时间少、超调量小、控制范围大等优点。然而,在控制器的设计过程中,我们也看到了此方法有计算量大、设计步骤繁琐等不足。