基于滑模变结构控制的二阶非线性系统MATLAB仿真与分析

资 源 简 介

本项目实现滑模变结构控制（SMC）算法，对典型二阶非线性系统进行稳定性控制仿真。包含控制器设计、滑模面定义、切换函数实现及李雅普诺夫稳定性分析模块，支持参数调整与扰动条件测试，便于直观观察系统动态性能。

详 情 说 明

基于滑模变结构控制的二阶非线性系统稳定性仿真与分析

项目介绍

本项目实现了一个基础的滑模变结构控制（SMC）算法，针对典型二阶非线性系统进行稳定性控制仿真。系统包含完整的控制器设计、滑模面定义、切换函数实现以及李雅普诺夫稳定性分析模块。通过调整控制参数和扰动条件，可直观展示滑模控制的强鲁棒性和抗干扰特性。项目提供了友好的GUI界面，便于初学者调整参数和观察系统响应曲线。

功能特性

• 完整的控制框架：实现等效控制与切换控制律的合成
• 稳定性分析：包含李雅普诺夫稳定性证明与数值验证
• 可视化展示：提供状态轨迹、控制输入和滑模面动态变化等多维度可视化
• 参数可调：支持系统参数、控制参数、初始条件、参考信号和外部扰动的灵活配置
• 性能量化：输出稳态误差、调节时间、控制能量消耗等性能指标

使用方法

1. 运行主程序文件启动GUI界面
2. 在参数设置区域输入：

- 系统参数：质量、阻尼系数等物理参数 - 控制参数：滑模面系数、切换增益、边界层厚度 - 初始条件：系统状态的初始值（二维向量） - 参考信号：选择阶跃、正弦等跟踪信号类型 - 外部扰动：设置常值或随机扰动强度

1. 点击"开始仿真"按钮运行控制算法
2. 查看生成的时域响应图、控制输入图、滑模面动态图和相平面轨迹图
3. 分析界面显示的性能指标数据

系统要求

• MATLAB R2018b或更高版本
• 需要安装以下工具箱：

- Control System Toolbox - Signal Processing Toolbox（用于扰动生成） - GUI开发工具（MATLAB标准组件）

文件说明

主程序文件整合了滑模控制器的核心算法实现与图形用户界面。其主要功能包括：初始化系统参数与仿真环境，构建滑模控制律的数学表达式，实现状态跟踪与误差计算模块，完成李雅普诺夫稳定性分析的数值验证过程，生成多维度可视化结果并计算系统性能指标，同时提供交互式参数调节界面。