倒立摆是自动控制原理或现代控制理论等经典分析案例，博客有数篇博文针对这样案例给出题目和分析：

https://blog.csdn.net/ZhangRelay/article/details/89005359

本篇主要针对倒立摆小车在ROS2系统中的实现为例，进行详细介绍。

为什么选择使用倒立摆进行实时演示呢？

平衡倒立摆是通常由实时计算解决的控制问题的经典示例之一。如果控制器阻塞时间过长，摆锤将掉落或变得不稳定。但是，如果控制器比控制摆锤的电动机运行的速度更快的速度可靠地更新，则摆锤将成功地对传感器数据做出反应平衡摆锤。这是一个对实时性要求很高的控制场景！

安装说明：

需要确保ROS2 Dashing等安装完成，并配置好rosdep：

source /opt/ros/dashing/setup.bash
mkdir -p ~/pendulum_ws/src
cd ~/pendulum_ws/src
git clone https://github.com/ros2-realtime-demo/pendulum
cd ~/pendulum_ws
sudo rosdep init
rosdep update
rosdep install -q -y --from-paths src --ignore-src --rosdistro dashing
colcon build --merge-install # OR colcon build --symlink-install

示例运行说明：

终端1：启动倒立摆pendulum_bringup

ros2 launch pendulum_bringup pendulum_bringup.launch.py

初始化

终端2：启动管理器pendulum_manager

ros2 run pendulum_manager pendulum_manager

详细管理选项

终端3：启动三维可视化rviz2

export LC_NUMERIC="en_US.UTF-8" # Make sure that your locales are correctly setup.
ros2 run rviz2 rviz2 -d `ros2 pkg prefix pendulum_bringup --share`/config/pendulum.rviz

rviz2

如果一切正常，即可看到倒立摆：

倒立摆三维可视化界面

可以使用topic、node、service、rqt等命令进行复习。

rqt

详细教程会逐步补充。再开启一个新终端，输入设置位置命令，使倒立摆小车位于位置0：

ros2 topic pub -1 /pendulum_setpoint pendulum_msgs_v2/msg/PendulumCommand "cart_position: 0.0"

位置0

位置+4：

ros2 topic pub -1 /pendulum_setpoint pendulum_msgs_v2/msg/PendulumCommand "cart_position: 4.0"

位置4

位置-3：

ros2 topic pub -1 /pendulum_setpoint pendulum_msgs_v2/msg/PendulumCommand "cart_position: -3.0"

位置-3

除了位置设置，还支持力输入等，自行学习研究。

ros2 topic pub -1 /pendulum_setpoint pendulum_msgs_v2/msg/PendulumCommand "cart_position: -5.0"

position

ros2 topic pub -1 /pendulum_disturbance pendulum_msgs_v2/msg/PendulumCommand "cart_force: 100"

force

节点管理

演示中使用的主要节点是/pendulum_controller和/pendulum_driver。也就是说，它们从生命周期节点继承，可以控制节点状态。

标题

所有配置和内存分配必须在onConfigure转换中完成。在活动状态下，所有计算都应实时兼容。目前可能还不完全正确，但这是目标。创建包pendulum_manager的目的是为了更轻松地控制节点的状态。这个软件包还处于初期，其想法是使这个软件包成为带有控制面板的rqt插件。只是为了好玩，可以尝试在仿真处于活动状态时停用控制器节点，以查看摆锤的下落。