基于MATLAB的LQR控制器设计与C/C++源代码生成平台

资 源 简 介

本项目提供完整的LQR控制器设计与仿真工具，支持系统模型输入、最优增益计算及C/C++控制代码自动生成，适用于嵌入式系统快速部署与性能验证。

详 情 说 明

基于LQR控制器的系统源代码设计与仿真平台

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB的集成化开发平台，专注于线性二次调节器（LQR）控制器的设计、仿真与实现。通过结合先进的控制理论算法与实用的代码生成技术，本项目为用户提供从系统建模、控制器设计到实际代码部署的全流程解决方案。核心价值在于将复杂的LQR理论计算转化为可直接应用于嵌入式系统的C/C++源代码，显著提高控制系统的开发效率与可靠性。

功能特性

• 自动化LQR设计：根据用户提供的系统模型（A, B, C, D矩阵）和性能指标（Q, R权重矩阵），自动求解黎卡提方程，计算出最优状态反馈增益矩阵K。
• 全面性能分析：提供闭环系统的时域响应仿真（如阶跃响应、脉冲响应），并计算超调量、调节时间、稳态误差等关键性能指标。
• 李雅普诺夫稳定性验证：基于李雅普诺夫方程进行严格的稳定性分析，确保闭环系统的渐近稳定。
• C/C++源代码生成：利用MATLAB Coder技术，将设计好的LQR控制器自动转换为可读性强、易于嵌入的C/C++源代码文件（包含头文件和示例调用接口）。
• 用户友好接口：通过清晰的脚本和函数调用，简化操作流程，降低使用门槛。

使用方法

1. 准备系统参数：确定被控对象的状态空间模型矩阵（A, B, C, D）以及反映控制性能需求的权重矩阵Q和R。
2. 配置仿真参数（可选）：如需进行时域仿真，可设置初始状态向量和参考输入信号。
3. 运行主程序：执行项目主脚本，程序将自动完成控制器设计、性能仿真、稳定性分析和代码生成等一系列任务。
4. 查看与分析结果：在MATLAB命令窗口和图形窗口查看计算得到的最优增益K、系统响应曲线、性能指标以及稳定性分析报告。
5. 集成生成代码：将自动生成的C/C++源代码文件（如lqr_controller.c和lqr_controller.h）添加到您的实际控制项目中，并参考示例接口进行调用。

系统要求

• 操作系统：Windows 10/11，Linux发行版或macOS。
• 软件环境：MATLAB R2018b或更高版本。
• 必要工具箱：Control System Toolbox, MATLAB Coder。
• 推荐工具箱：Simulink（用于扩展的模型仿真）。

文件说明

主程序文件整合了本项目的所有核心功能。它作为项目的总入口和调度中心，负责接收用户输入的系统参数与性能指标，依次调用各个功能模块来完成LQR控制器的计算、闭环系统性能的仿真与评估、系统稳定性的理论分析，并最终驱动代码生成引擎，输出符合工业标准的C/C++源代码，实现了从设计到实现的完整自动化流程。