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本论文的研究对象是一类二自由度机器人,它是由两个电机控制的二自由度平面倒立摆系统。设计过程中应用了切换的方法,目的是扩大系统的旋臂转角和摆杆转角的初始位置,并最终控制倒立摆的摆杆转角处于竖直位置,本文的主要工作包括如下几个方面：(1)分析了二自由度机器人的系统组成及工作原理,建立了笛卡尔坐标系,应用拉格朗日动力学原理建立了机器人系统的非线性动力学模型,针对建立好的非线性动力学模型,在机器人的不同摆杆转角处进行了线性化处理,得到了系统在不同摆杆转角处的线性化模型。(2)用Backstepping方法设计了控制器,并应用到系统的线性化模型中,使倒立摆的摆杆保持在竖直位置。然后在设计的Backstepping控制器的虚拟控制中加入了积分项,设计了积分型Backstepping控制器,并把设计的控制器应用到系统的线性化模型中,分析了系统在加入积分作用之后的控制效果。(3)把设计的Backstepping控制器的摆杆转角中加入模型误差估计器,来估计外部干扰,设计了自适应Backstepping控制器,接着又把积分项加入到自适应Backstepping控制器中,并在设计的积分型自适应Backstepping控制器中考虑干扰的影响,仿真分析了控制效果。(4)把在不同摆杆转角处设计的Backstepping控制器看成子控制器,用切换的方法将其结合设计了三种切换控制器,并把设计的这三种控制器控制的旋臂转角和摆杆转角进行对比,分析控制效果。接着把设计的自适应Backstepping控制器和积分型自适应Backstepping控制器用前面设计的三种切换方法分别进行切换控制,仿真分析了控制效果。最后是全文的总结以及展望。