MATLAB基于现代控制理论的单级倒立摆系统建模与控制器设计实验平台

资 源 简 介

本项目提供完整的单级倒立摆控制系统仿真环境，包含非线性动力学建模、线性化状态空间模型构建及极点配置状态反馈控制器设计功能，适用于控制理论教学与研究。

详 情 说 明

基于现代控制理论的单级倒立摆系统建模与控制器设计实验平台

项目介绍

本项目构建了一个完整的单级倒立摆控制系统仿真实验环境，实现了从系统建模到控制器设计的全过程。通过状态空间分析方法，提供了基于极点配置和LQR最优控制两种现代控制策略的设计平台，支持系统稳定性分析和控制器性能对比，为控制理论教学与研究提供可视化仿真工具。

功能特性

• 系统建模：建立非线性动力学模型，并通过线性化获得工作点附近的线性状态空间模型
• 控制器设计：实现极点配置状态反馈控制器和LQR最优控制器的参数化设计
• 性能分析：提供时域响应曲线、性能指标计算和稳定性分析功能
• 可视化展示：支持三维动画实时仿真和多种分析图表展示
• 对比研究：支持不同控制策略的性能对比分析

使用方法

1. 参数设置：在图形界面中输入系统物理参数（质量、长度等）
2. 控制器配置：设置期望极点位置或LQR权重矩阵Q、R
3. 初始条件：定义摆杆初始角度和小车初始位置
4. 仿真运行：启动仿真过程，观察系统动态响应
5. 结果分析：查看性能指标、稳定性分析和三维动画

系统要求

• MATLAB R2018b或更高版本
• Simulink仿真环境
• 控制系统工具箱
• 至少4GB内存
• 支持三维图形显示

文件说明

主程序文件实现了本项目的核心功能，包括系统参数输入界面、动力学模型构建、线性化处理、能控性分析、控制器设计算法（极点配置与LQR）、时域响应仿真、性能指标计算、稳定性分析以及三维动画可视化等完整流程。该文件通过图形用户界面集成所有功能模块，为用户提供交互式的倒立摆控制实验平台。