基于MATLAB的单级倒立摆系统建模与多控制策略仿真平台

资 源 简 介

本项目通过MATLAB实现了单级倒立摆的牛顿动力学建模，并开发了PID、LQR和模糊控制三种策略。可进行参数整定、稳定性分析及控制效果对比，帮助用户深入理解控制系统设计原理。

详 情 说 明

单级倒立摆系统建模与多控制策略对比研究仿真平台

项目介绍

本项目是一个基于牛顿动力学定律的单级倒立摆系统综合仿真平台。通过建立精确的数学模型，实现了PID控制、线性二次型调节器(LQR)和模糊逻辑控制三种典型控制策略，并在统一仿真环境下进行性能对比分析。平台可为控制理论教学、算法验证和控制系统设计提供可视化仿真支持。

功能特性

• 精确动力学建模：基于牛顿-欧拉方程建立单级倒立摆系统的非线性数学模型
• 多控制策略集成：

- 经典PID控制器设计与参数整定 - LQR最优控制器设计 - 模糊逻辑智能控制器

• 全面性能分析：

- 时域响应特性分析 - 频域稳定性评估 - 抗干扰性与鲁棒性测试

• 丰富可视化输出：

- 系统响应曲线与性能指标 - 稳定性分析图（极点分布、Bode图、Nyquist图） - 三维动态运动仿真动画

使用方法

1. 参数配置：在相应模块中设置倒立摆物理参数、控制器参数和仿真条件
2. 控制器设计：分别进行PID参数整定、LQR权重矩阵优化和模糊规则库定义
3. 仿真运行：启动仿真程序，观察系统在各种控制策略下的动态响应
4. 结果分析：查看生成的性能对比报告和可视化图表，评估不同控制方法的优劣

系统要求

• MATLAB R2020b或更高版本
• 必需工具箱：Control System Toolbox, Fuzzy Logic Toolbox
• 推荐内存：8GB以上
• 磁盘空间：至少1GB可用空间

文件说明

主程序文件集成了系统的核心仿真功能，包括倒立摆动力学模型的数值求解、三种控制算法的并行实现、系统响应数据的实时采集与处理、性能指标的自动计算评估，以及多种可视化分析结果的生成与展示。该文件通过模块化设计实现了从参数输入到结果输出的完整仿真流程，支持用户进行控制策略的一键式对比测试。