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立方体机器人自抗扰平衡控制方法 被引量：11
1
作者 陈志刚 阮晓钢 李元 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期1203-1210,共8页
针对立方体机器人动力学模型多变量、强耦合的问题,提出一种基于自抗扰控制的平衡控制器设计方法.引入虚拟控制量,并在控制量与输出向量之间并行地嵌入多个自抗扰控制器,从而实现对多变量系统的解耦控制,将系统的动态耦合和外部扰动视... 针对立方体机器人动力学模型多变量、强耦合的问题,提出一种基于自抗扰控制的平衡控制器设计方法.引入虚拟控制量,并在控制量与输出向量之间并行地嵌入多个自抗扰控制器,从而实现对多变量系统的解耦控制,将系统的动态耦合和外部扰动视为各自通道上的自抗扰控制器的总扰动,在为期望姿态安排过渡过程基础上,设计扩张状态观测器对总扰动进行估计并实时补偿.综合采用经验试凑法和带宽法对控制器参数进行整定,对自抗扰控制器系统进行稳定控制、姿态跟踪、抗扰性和鲁棒性实验,并与PID控制系统进行定量对比分析.仿真结果表明,所设计的自抗扰控制器不仅能有效实现立方体机器人的平衡控制,而且较PID控制器具有更好的响应速度、控制精度和强鲁棒性. 展开更多
关键词 自平衡机器人 自平衡控制 自抗扰控制 参数整定 PID控制 姿态控制
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自平衡两轮移动机器人的LQR控制策略研究 被引量：11
2
作者 杨慧 王富东 《工业控制计算机》 2012年第6期83-85,共3页
采用dsPIC30F4011作为主控芯片,利用自制倾角传感器、陀螺仪和自制的电机编码器作为系统的传感器,设计了价格低廉的自平衡两轮移动机器人,很适合作为各种控制方法的研究平台。根据机器人的系统参数和运动状态,设计了电机模型、车轮模型... 采用dsPIC30F4011作为主控芯片,利用自制倾角传感器、陀螺仪和自制的电机编码器作为系统的传感器,设计了价格低廉的自平衡两轮移动机器人,很适合作为各种控制方法的研究平台。根据机器人的系统参数和运动状态,设计了电机模型、车轮模型及车身前进模型,构建了系统的动力学模型,得到了机器人平衡前进时的状态空间表达式,设计了LQR最优控制器,并进行了MATLAB仿真,得到了预期的平衡效果,验证了系统具有良好的鲁棒性,同时表明硬件设计和系统建模的合理有效性。 展开更多
关键词 自平衡机器人 数学建模 最优控制器 MATLAB仿真
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两轮自平衡机器人的动力学建模与模糊进化极点配置控制 被引量：10
3
作者 段学超 袁俊 满曰刚 《信息与控制》 CSCD 北大核心 2013年第2期189-195,共7页
针对两轮驱动的自平衡机器人(TWSBR)系统,提出了一种模糊进化型极点配置(FEPP)控制方法.采用拉格朗日方法进行了两轮自平衡机器人的动力学建模,通过将其在平衡位置进行微偏线性化,得到了系统的线性化标称模型.对该6阶欠驱动系统设计了F... 针对两轮驱动的自平衡机器人(TWSBR)系统,提出了一种模糊进化型极点配置(FEPP)控制方法.采用拉格朗日方法进行了两轮自平衡机器人的动力学建模,通过将其在平衡位置进行微偏线性化,得到了系统的线性化标称模型.对该6阶欠驱动系统设计了FEPP控制器,分别实现了两轮自平衡机器人的动态镇定和行走控制,仿真和实验结果验证了所提出的控制算法在处理欠驱动、不稳定、多变量耦合系统中的有效性. 展开更多
关键词 自平衡机器人 模糊控制 极点配置 欠驱动系统
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基于LabVIEW的LEGO NXT机器人在控制类教学应用上的探索 被引量：6
4
作者 王宁 陈永志 +2 位作者 车遥 周求湛 李明明 《国外电子测量技术》 2013年第4期51-56,共6页
LEGO NXT机器人是一个非常优秀的工程教学实验平台,不论对于中学生的创新竞赛还是高校理工类相关课程的实验都能满足其需求。通过NXT机器人的控制器、传感器和伺服电机搭建成双轮直立的机器人平台,应用PID控制方法实现其双轮自平衡条件... LEGO NXT机器人是一个非常优秀的工程教学实验平台,不论对于中学生的创新竞赛还是高校理工类相关课程的实验都能满足其需求。通过NXT机器人的控制器、传感器和伺服电机搭建成双轮直立的机器人平台,应用PID控制方法实现其双轮自平衡条件下的站立与运动。并基于LabVIEWNXT机器人工具包提出了一种新的数据采集方法,能够实现对NXT机器人在运行中的各项数据进行采集,分析与显示。本平台可以提高了学生动手实践及独立思考的能力,也说明NXT机器人平台可以完全应用于高校工程教育的控制类实验教学。 展开更多
关键词 LEGO NXT机器人 LABVIEW 自平衡机器人 控制系统 高校工程教育
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两轮自平衡小车的控制策略设计 被引量：6
5
作者 詹长书 邢博坤 +3 位作者 朴光宇 巨生龙 苏德新 马璐 《森林工程》 2015年第4期73-76,82,共5页
本文在总结和归纳国内外两轮自平衡小车的研究现状后,在使用现有小车的情况下,选用适当的控制器、执行电机和传感器,设计出两轮自平衡小车的驱动电路,实现了两轮小车的硬件控制系统。其工作原理是系统以姿态传感器(陀螺仪、加速度计)来... 本文在总结和归纳国内外两轮自平衡小车的研究现状后,在使用现有小车的情况下,选用适当的控制器、执行电机和传感器,设计出两轮自平衡小车的驱动电路,实现了两轮小车的硬件控制系统。其工作原理是系统以姿态传感器(陀螺仪、加速度计)来监测车身所处的俯仰状态和状态变化率,通过高速中央处理器计算出适当数据和指令后,驱动电动机产生前进或后退的加速度来达到车体前后平衡的效果。本次实验将陀螺仪与加速度传感器集成在一张板上,对传感器两者所采集的数据进行互补滤波的优化处理,补偿陀螺仪的漂移误差和加速度计的动态误差,得到一个更优的倾角近似值,之后使用PID控制器来进行系统设计,最终实现小车的直立。 展开更多
关键词 自平衡小车 互补滤波 积分误差 陀螺仪
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一种自平衡机器人的制作和研究 被引量：4
6
作者 李慧琴 韩建海 +1 位作者 赵书尚 刘少东 《机床与液压》 北大核心 2006年第12期95-96,98,共3页
阐述了一种自平衡机器人的构成、控制系统的工作原理、硬件电路和控制算法。其系统结构主要由机械行走装置、控制系统和传感器三大部分组成,机械行走装置主要由车体平台、小型直流电机和左、右车轮组成。控制系统以C8051F310单片机为核... 阐述了一种自平衡机器人的构成、控制系统的工作原理、硬件电路和控制算法。其系统结构主要由机械行走装置、控制系统和传感器三大部分组成,机械行走装置主要由车体平台、小型直流电机和左、右车轮组成。控制系统以C8051F310单片机为核心,由电池模块、电机驱动芯片及外围电路组成。车体平台位姿的监测采用倾角传感器。通过对实物进行控制试验,验证了该系统的合理性和有效性。 展开更多
关键词 自平衡机器人 C8051F310单片机 倾角传感器
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以角为支点平衡的立方体机器人动力学建模 被引量：5
7
作者 陈志刚 阮晓钢 李元 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第7期638-645,共8页
针对立方体机器人的平衡控制问题,建立其以角为支点平衡的动力学模型.以所设计的物理样机为具体研究对象,在分析其运动学原理的基础上,定义了表达系统运动属性所需的最少变量,基于拉格朗日方法,对系统的能量函数和广义力进行计算,建立... 针对立方体机器人的平衡控制问题,建立其以角为支点平衡的动力学模型.以所设计的物理样机为具体研究对象,在分析其运动学原理的基础上,定义了表达系统运动属性所需的最少变量,基于拉格朗日方法,对系统的能量函数和广义力进行计算,建立了立方体机器人以其角为支点平衡的动力学模型.通过数值仿真,对所建立模型的正确性进行了理论分析,并将模型与虚拟样机的零输入响应进行对比,响应曲线基本一致,验证了模型的准确性.将基于所建立动力学模型设计的平衡控制器应用于虚拟样机的控制,实验表明,该控制器可有效实现立方体机器人的平衡控制,进一步完成了对模型有效性的验证.建立的动力学模型为后期继续研究立方体机器人平衡控制问题提供了基础. 展开更多
关键词 自平衡机器人 动力学建模 拉格朗日方法 平衡控制 虚拟样机 仿真分析
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两轮自平衡机器人重心偏移自适应控制研究
8
作者 李修宇 李金凤 《齐齐哈尔大学学报（自然科学版）》 2023年第4期1-5,10,共6页
为了提高两轮自平衡机器人重心偏移的自适应调整和控制能力,提出基于反馈均衡误差补偿和参数融合的两轮自平衡机器人重心偏移自适应控制方法。采用运动目标参数规划方法构建两轮自平衡机器人的运动学和力学模型。通过反演积分补偿控制技... 为了提高两轮自平衡机器人重心偏移的自适应调整和控制能力,提出基于反馈均衡误差补偿和参数融合的两轮自平衡机器人重心偏移自适应控制方法。采用运动目标参数规划方法构建两轮自平衡机器人的运动学和力学模型。通过反演积分补偿控制技术,实现对两轮自平衡机器人重心偏移的反馈均衡误差补偿和参数融合调节,根据参数融合结果,实现对两轮自平衡机器人重心偏移的自适应控制。仿真实验结果表明,提出方法实现了两轮自平衡机器人的重心偏移自适应控制,并且具有良好的鲁棒性和平滑性。 展开更多
关键词 两轮 自平衡机器人 重心偏移 自适应控制 运动学
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两轮自平衡机器人姿态误差的神经网络补偿研究 被引量：4
9
作者 黎小巨 殷素峰 +1 位作者 陈洵凛 谢小鹏 《机床与液压》 北大核心 2020年第15期44-49,共6页
针对自平衡机器人领域姿态检测普遍采用单一滤波而存在的姿态误差问题,提出了一种基于双重滤波和神经网络补偿的“两滤一补”检测策略。通过分析误差来源,设计了针对姿态传感器和姿态误差之间的姿态补偿BP神经网络,根据传感器的输出信息... 针对自平衡机器人领域姿态检测普遍采用单一滤波而存在的姿态误差问题,提出了一种基于双重滤波和神经网络补偿的“两滤一补”检测策略。通过分析误差来源,设计了针对姿态传感器和姿态误差之间的姿态补偿BP神经网络,根据传感器的输出信息,直接预测机器人姿态倾角的误差补偿值,对滤波处理之后的姿态角进行同步补偿。对机器人在原地站立、加速前进后退、原地转向3种控制状态下的补偿效果分别进行验证,结果表明神经网络对机器人的姿态误差有着明显的修正作用,有利于提高机器人姿态检测精度。 展开更多
关键词 自平衡机器人 姿态检测 神经网络 误差补偿
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一种两轮自平衡机器人比例-积分-微分控制方法 被引量：3
10
作者 闫辉 贾彦茹 董建军 《自动化技术与应用》 2021年第3期6-10,共5页
两轮自平衡机器人以其机械结构简单,灵活高效的运动特性,具有广阔的应用前景。本文应用理论力学原理,分析并建立了两轮自平衡机器人的动力学模型。在此基础上,分别针对机器人系统的自平衡控制、速度控制设计了比例-积分-微分(PID)控制... 两轮自平衡机器人以其机械结构简单,灵活高效的运动特性,具有广阔的应用前景。本文应用理论力学原理,分析并建立了两轮自平衡机器人的动力学模型。在此基础上,分别针对机器人系统的自平衡控制、速度控制设计了比例-积分-微分(PID)控制器。通过复频域和时域分析的方法,提出了一种简便的PID控制参数的整定方法。根据系统PID控制模型,给出了计算机器人马达输出转矩的理论公式。应用实验表明,该控制方法的平衡和速度控制动态和稳态性能良好,且具有占用机器人系统资源少,PID控制参数整定效率高的特点。 展开更多
关键词 自平衡机器人 PID控制 参数整定 自平衡控制 速度控制
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两轮自平衡移动机器人实验系统设计 被引量：3
11
作者 吕淑平 王杰 《实验室科学》 2018年第4期23-26,共4页
两轮自平衡移动机器人是通过机体上所搭载的姿态传感器检测自身的姿态数据,把数据送至微控制器进行处理后输出控制量给电机驱动电路,进而控制电机不断运动以校正自身的姿态保持自身车体平衡的机器人,在未来交通领域将占有重要地位,同时... 两轮自平衡移动机器人是通过机体上所搭载的姿态传感器检测自身的姿态数据,把数据送至微控制器进行处理后输出控制量给电机驱动电路,进而控制电机不断运动以校正自身的姿态保持自身车体平衡的机器人,在未来交通领域将占有重要地位,同时它也是验证控制算法的一个典型实验平台。基于Kinetis K60微控制器,设计了一个小型两轮自平衡移动机器人实验系统,给出系统整体设计方案及软硬件设计方法。学生能够在平台上进行控制算法验证及滤波融合算法调试等。 展开更多
关键词 实验教学系统 自平衡机器人 P1D控制
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自平衡人形机器人动作控制器的设计 被引量：3
12
作者 谭灵焱 吴军 文先益 《电子科技》 2010年第12期35-38,共4页
为了解决自平衡人形机器人多关节协调控制问题,提高系统控制品质,借鉴计算机系统结构中的分层结构体系思想,提出了一种新的自平衡人形机器人动作控制器的实现方法,并根据该动作控制器设计出了一种相应的控制方法,可帮助机器人系统较好... 为了解决自平衡人形机器人多关节协调控制问题,提高系统控制品质,借鉴计算机系统结构中的分层结构体系思想,提出了一种新的自平衡人形机器人动作控制器的实现方法,并根据该动作控制器设计出了一种相应的控制方法,可帮助机器人系统较好地实现任务的自组织分配,使机器人的平衡控制达到了很好的效果。 展开更多
关键词 自平衡人形机器人 动作控制器 MSP430单片机
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两轮同轴自平衡机器人多传感集成控制 被引量：2
13
作者 黎小巨 梁修贤 +1 位作者 刘文洁 冯志柏 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2020年第1期111-115,共5页
针对自平衡机器人姿态检测的复杂性,提出了基于陀螺仪和加速度计联合检测的方法,采用双重滤波算法-卡尔曼滤波和DMP(Digital Motion Processing)滤波,准确获取机器人的姿态信息。针对控制过程姿态的多变性,提出了基于PID算法的三闭环反... 针对自平衡机器人姿态检测的复杂性,提出了基于陀螺仪和加速度计联合检测的方法,采用双重滤波算法-卡尔曼滤波和DMP(Digital Motion Processing)滤波,准确获取机器人的姿态信息。针对控制过程姿态的多变性,提出了基于PID算法的三闭环反馈控制策略,且创造性地把超声波和红外传感器相结合,实现了机器人的自平衡、前进后退、转向和自主跟随等控制。通过爬坡和自主跟随实验测试,结果表明该机器人时间响应快、灵活性大、稳定性好。 展开更多
关键词 两轮同轴 自平衡机器人 姿态检测 PID控制
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基于3D打印技术的双轮自平衡机器人创新实验平台 被引量：2
14
作者 杨亮 李文生 傅瑜 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2017年第7期76-79,共4页
设计了一种基于3D打印技术的双轮自平衡机器人创新实验平台,采用OpenSCAD开源建模软件设计机器人的机械结构,并通过3D打印技术打印机器人各零部件;该机器人由2个步进电机驱动,采用双闭环控制结构控制左右轮速度实现机器人的平衡控制与... 设计了一种基于3D打印技术的双轮自平衡机器人创新实验平台,采用OpenSCAD开源建模软件设计机器人的机械结构,并通过3D打印技术打印机器人各零部件;该机器人由2个步进电机驱动,采用双闭环控制结构控制左右轮速度实现机器人的平衡控制与速度控制,具有鲁棒性好、可扩展性强的优点;机器人上配置有WiFi网络接入模块,可通过TCP协议与上位机控制系统通信,能够自如实现前进、后退、转向等功能。实践表明该创新实验平台具有结构简单、组装方便、趣味性强的优点,能有效改善实验教学效果。 展开更多
关键词 自平衡机器人 3D打印 速度控制 创新实验
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自平衡机器人的模糊-PD控制 被引量：1
15
作者 李鹏 郝骞 +1 位作者 任一峰 陆静逸 《电子测试》 2011年第7期97-100,共4页
由于自平衡机器人是一种两轮左右平行布置的机器人,像传统的倒立摆一样,它的本身是一个自然不稳定体,必须要施加强有力的控制手段才能使之稳定。为了提高两轮自平衡机器人设计的可靠性,针对不稳定、非线性、强耦合的两轮自平衡机器人系... 由于自平衡机器人是一种两轮左右平行布置的机器人,像传统的倒立摆一样,它的本身是一个自然不稳定体,必须要施加强有力的控制手段才能使之稳定。为了提高两轮自平衡机器人设计的可靠性,针对不稳定、非线性、强耦合的两轮自平衡机器人系统,运用牛顿力学方法建立了转向运动的数学模型。在模型中建立了模糊控制器,并用模糊控制加比例控制的方法实现对两轮自平衡机器人的控制,仿真结果表明,该方法能使系统有更好的快速性和稳定性。 展开更多
关键词 自平衡机器人 模糊控制 牛顿力学 PD
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基于视觉跟踪的两轮自平衡移动机器人控制系统
16
作者 黄亚辉 《电子测试》 2022年第3期25-27,共3页
本文设计了两轮自平衡移动机器人各个功能模块单元,介绍了自平衡原理,对视觉跟踪给出了目标物体在视觉模块中坐标与中心位置差值计算方法并给出了视觉跟踪策略;给出了系统整体程序框架以及图像处理与发送程序框架,对视觉跟踪进行了相应... 本文设计了两轮自平衡移动机器人各个功能模块单元,介绍了自平衡原理,对视觉跟踪给出了目标物体在视觉模块中坐标与中心位置差值计算方法并给出了视觉跟踪策略;给出了系统整体程序框架以及图像处理与发送程序框架,对视觉跟踪进行了相应测试实验,测试结果达到预期效果。 展开更多
关键词 视觉跟踪 OPENMV 自平衡机器人
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基于竞赛自平衡小车的双闭环控制设计与仿真研究 被引量：1
17
作者 牛宏侠 侯涛 《自动化与仪器仪表》 2012年第5期26-27,共2页
针对具有多变量、不稳定、非线性特性的自平衡小车系统,提出了一种基于偏角伺服控制与LQR控制相结合的双闭环控制方法。在该方法中,先根据系统的等效模型,采用LQR方法控制自平衡小车的倒立平衡,采用伺服控制进行偏角跟随控制。并且在设... 针对具有多变量、不稳定、非线性特性的自平衡小车系统,提出了一种基于偏角伺服控制与LQR控制相结合的双闭环控制方法。在该方法中,先根据系统的等效模型,采用LQR方法控制自平衡小车的倒立平衡,采用伺服控制进行偏角跟随控制。并且在设计过程中,先保证自平衡小车的倒立平衡,然后再进行伺服控制,运行中两个闭环实时控制,达到使小车倒立快速寻迹运行。数字仿真结果与理论分析基本一致,表明了该方法的可行性。 展开更多
关键词 自平衡小车 L Q R控制 伺服角度控制 仿真研究
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基于两轮自平衡机器人的反馈控制实训教学研究
18
作者 李明飞 黄湘超 +1 位作者 麦雨仑 尹铭 《湖南工业职业技术学院学报》 2022年第4期5-8,26,共5页
在自动控制原理课程教学实践过程中,学生容易因该课程理论性强,涵盖知识面广,学习难度大而兴趣不足。本文以反馈控制实践教学为例,基于两轮自平衡机器人实验平台,设计了硬件电路设计、机器人数学建模、控制算法仿真分析、平台实验验证... 在自动控制原理课程教学实践过程中,学生容易因该课程理论性强,涵盖知识面广,学习难度大而兴趣不足。本文以反馈控制实践教学为例,基于两轮自平衡机器人实验平台,设计了硬件电路设计、机器人数学建模、控制算法仿真分析、平台实验验证等多个实训教学环节,可以有效激发学生对该门课程的学习兴趣,提高学生熟练运用理论知识解决工程应用问题的能力,改善课程教学质量。 展开更多
关键词 反馈控制 自平衡机器人 PID算法 自动控制原理 Matlab仿真
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基于复合控制器的两轮机器人平衡控制研究 被引量：1
19
作者 杨国欢 《科技资讯》 2014年第10期2-4,共3页
两轮自平衡移动机器人是一种高阶次、不稳定、非线性的典型控制系统。以其为研究对象,采用Lagrange方程建立其动力学模型,经过线性化处理得到其一定约束条件下的线性化模型。采用线性二次型调节器与PID控制相结合的方法可有效克服线性... 两轮自平衡移动机器人是一种高阶次、不稳定、非线性的典型控制系统。以其为研究对象,采用Lagrange方程建立其动力学模型,经过线性化处理得到其一定约束条件下的线性化模型。采用线性二次型调节器与PID控制相结合的方法可有效克服线性化过程中约束条件对系统的影响,并且以数字信号处理器芯片TMS320LF2812为控制器核心,实现了两轮机器人较大倾角范围的动态平衡控制。物理实验表明:使用LQR与PID复合控制器对两轮机器人实体控制的有效性。 展开更多
关键词 两轮自平衡机器人Lagrange方程LQR PID DSP2812
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一种欠驱动两级柔性自平衡机器人的建模及其最优控制
20
作者 杨斌 幸晋渝 王振玉 《计算机测量与控制》 北大核心 2014年第9期2770-2773,共4页
文章以一种欠驱动两级柔性自平衡机器人这一被控对象的控制问题作为出发点,详细阐述了其数学建模方法,讨论了其最优控制策略,并针对设计过程中出现的LQ加权矩阵Q的选取难题给出了一种解析解和证明,同时运用这一结论计算出了实际问题的... 文章以一种欠驱动两级柔性自平衡机器人这一被控对象的控制问题作为出发点,详细阐述了其数学建模方法,讨论了其最优控制策略,并针对设计过程中出现的LQ加权矩阵Q的选取难题给出了一种解析解和证明,同时运用这一结论计算出了实际问题的加权矩阵Q,从而求得最优的状态反馈矩阵K;仿真结果表明,这样一种加权矩阵Q的求解方法是有效的,并能够在较为复杂的实际问题中获得应用。 展开更多
关键词 欠驱动 自平衡机器人 拉格朗日方程 加权矩阵 最优控制
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