绳系体系统在水下拖拽、绳系卫星、工业吊装等系统中比比皆是,绳系体系统是一个典型的非线性系统,对其进行动力学和稳定性的研究具有重要意义。　　 本文运用Lagrange方程建立了绳系体系统非线性动力学方程。基于小摆角假设,将系统运动微分方程在平衡位置附近线性化,研究了系统的面内和面外控制的稳定性。采用LQR控制方法,设计线性二次型最优控制律分别作用于系统的变幅运动和回转运动。数值仿真表明,线性二次型最优控制律对系统的面内和面外运动均具有良好的控制效果。采用面内(变幅)运动控制实验装置,用数字化的控制系统对系统做实时控制,验证最优控制方法,实验获得了预期的控制效果。　　 针对实验中发现的非理想受控的现象,对线性化系统进行鲁棒控制分析.在线性化的系统基础上,针对面内系统,考虑摆球质量、摩擦力和角度测量的不确定性,并对系统输出和作动器控制力做出评价分析,设计了μ控制器。利用实验装置对鲁棒控制方法进行验证,对控制器的性能进行考核。实验结果表明,所设计的μ控制器能够抑制不确定性因素及较大扰动的影响,具有良好的鲁棒性能。　　 针对非线性系统进行分析和优化控制,根据协态映射定理和高斯伪谱法,将非线性系统的最优化控制问题转换为非线性动态规划问题,获得了面内和面外运动耦合的最优控制结果。