基于MATLAB的飞轮系统MPC控制器设计与动态响应仿真项目

资 源 简 介

本项目采用MATLAB实现飞轮系统的模型预测控制（MPC），通过实时预测系统状态并优化控制输入，有效跟踪目标转速与动态轨迹，验证系统在各类工况下的响应特性。

详 情 说 明

飞轮系统MPC控制器设计与动态响应仿真

项目介绍

本项目实现了基于模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）的飞轮转速控制系统。系统通过MPC算法实时预测飞轮未来状态，优化控制输入以维持目标转速或跟踪动态轨迹。内容包括飞轮动力学建模、MPC控制器设计、转速响应仿真以及性能指标分析，适用于控制算法验证与飞轮系统动态特性研究。

功能特性

• 精确动力学建模：基于飞轮转动惯量、摩擦系数等参数构建系统状态空间模型
• MPC控制器设计：支持预测时域、控制时域及权重矩阵的灵活配置
• 多场景仿真：支持恒定转速设定点跟踪与动态轨迹跟踪
• 抗扰分析：可模拟负载扭矩扰动等外部干扰对系统的影响
• 性能评估：自动计算超调量、调节时间、稳态误差、积分平方误差（ISE）等指标

使用方法

1. 参数设置：在main.m中设置飞轮物理参数、控制器参数及仿真条件
2. 运行仿真：执行主程序启动MPC控制与动态响应仿真
3. 结果可视化：查看生成的转速响应曲线、控制输入序列及性能分析图表
4. 参数调试：调整权重矩阵或控制时域以优化系统动态性能

系统要求

• 操作系统：Windows、Linux 或 macOS
• MATLAB版本：R2018a 或更高版本
• 可选工具箱：Model Predictive Control Toolbox（用于高级MPC功能）

文件说明

主程序文件集成了飞轮系统建模、MPC控制器设计、闭环仿真及性能分析的全流程功能。具体包括：飞轮动力学方程定义、模型预测控制器参数配置与在线优化、系统状态的时间域仿真推进、控制效果的可视化展示以及动态响应指标的定量计算。用户可通过修改主程序中的参数设置实现不同控制场景的测试与分析。