MATLAB/Simulink实现倒立摆PID控制动力学仿真系统

资 源 简 介

本项目基于MATLAB/Simulink构建倒立摆非线性动力学模型，通过PID控制器设计实现摆杆的实时平衡控制。系统模拟竖直平面内倒立摆运动，动态调节底座位置与角度，验证控制算法的稳定性与响应性能。

详 情 说 明

基于PID控制的倒立摆动力学建模与Simulink仿真系统

项目介绍

本项目利用MATLAB/Simulink平台构建了倒立摆的非线性动力学模型，并设计了PID控制器实现倒立摆的平衡控制。系统模拟倒立摆在竖直平面内的运动特性，通过实时调节摆杆角度和底座位置，实现倒立摆的稳定控制。该项目为控制理论研究提供了可视化仿真平台，支持参数调整和性能分析，适用于控制算法验证和教学演示。

功能特性

• 非线性动力学建模：基于拉格朗日方程建立精确的倒立摆非线性数学模型
• PID控制器设计：实现比例-积分-微分控制器，支持参数在线调整
• 实时仿真与可视化：提供摆杆角度、小车位移、控制力矩等多参数实时曲线显示
• 系统性能分析：自动计算超调量、调节时间、稳态误差等稳定性指标
• 抗干扰能力测试：支持脉冲扰动和阶跃扰动模拟，测试系统鲁棒性
• 参数优化研究：通过改变PID参数，研究系统响应特性变化规律

使用方法

1. 参数设置

- 设置倒立摆初始状态：摆杆初始角度（弧度）、初始角速度（rad/s） - 配置PID控制器参数：比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd - 选择扰动类型（可选）：脉冲扰动或阶跃扰动及其幅度

1. 运行仿真

- 启动仿真系统，观察实时动态响应 - 监控各参数变化曲线和控制效果

1. 结果分析

- 分析系统稳定性指标 - 评估控制器性能表现 - 优化PID参数以获得更好的控制效果

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2018b或更高版本，Simulink仿真环境
• 必要工具箱：Control System Toolbox, Simulink
• 硬件配置：至少4GB内存，推荐8GB或以上

文件说明

该项目的主程序文件实现了系统的核心调度功能，主要包括仿真环境的初始化设置、关键参数的配置管理、Simulink模型的自动化调用执行，以及仿真结果的后续处理与可视化展示。该文件作为整个项目的控制中枢，协调各模块之间的数据传递与功能调用，确保仿真流程的顺畅运行。