MATLAB实现两自由度机器人机械臂动力学控制仿真系统

资 源 简 介

该项目基于MATLAB开发，通过建立两自由度机械臂的动力学模型，设计先进控制算法，实现末端执行器的精确轨迹跟踪。系统演示了从初始位置到目标位置的完整控制过程，适用于机器人动力学教学与研究。

详 情 说 明

两自由度机器人机械臂动力学控制仿真与分析系统

项目介绍

本项目实现了一个简化的两自由度机器人机械臂动力学控制系统。系统通过建立机械臂的动力学模型，设计控制算法来实现对机械臂末端位置和姿态的精确控制。程序展示了如何通过力矩控制实现机械臂从初始位置到目标位置的运动轨迹跟踪，包含动力学建模、控制器设计和仿真验证三个主要模块。该项目采用拉格朗日动力学建模方法、PID控制算法以及四阶龙格-库塔数值积分方法，为机器人控制算法的研究与教学提供了完整的仿真平台。

功能特性

• 完整的动力学建模：基于拉格朗日方法建立两自由度机械臂的精确动力学模型
• 灵活的控制算法：实现PID控制器，支持参数调整与性能优化
• 多种轨迹规划：支持关节空间轨迹规划和末端执行器目标位置设定
• 实时动态仿真：提供机械臂运动过程的可视化动画展示
• 全面的数据分析：生成关节角度、角速度、控制力矩等状态响应曲线
• 性能评估系统：自动计算跟踪误差、稳态误差、超调量等关键指标
• 数据导出功能：保存仿真数据为.mat文件供进一步分析使用

使用方法

1. 参数配置：在相应配置区域设置机械臂物理参数、控制参数和仿真参数
2. 轨迹规划：定义期望的关节角度轨迹或末端执行器目标位置
3. 初始状态设置：指定两个关节的初始角度和角速度
4. 运行仿真：执行主程序开始动力学控制仿真
5. 结果分析：查看生成的动态动画、响应曲线和性能评估报告
6. 数据保存：导出仿真数据用于后续分析与比较

系统要求

• MATLAB R2018b或更高版本
• 推荐配置：4GB以上内存，支持图形显示
• 必需工具箱：MATLAB基本安装（无需额外工具箱）

文件说明

主程序文件整合了系统全部核心功能，包括机械臂动力学模型的建立、控制算法的实现、数值积分求解、轨迹规划处理、运动仿真可视化以及性能分析评估。该文件通过模块化设计将各功能组件有机结合，完成了从参数输入到结果输出的完整仿真流程，为用户提供了直观易懂的一站式仿真体验。