基于MATLAB的模糊控制倒立摆平衡系统设计与仿真

资 源 简 介

本项目采用MATLAB设计了基于模糊逻辑的倒立摆平衡控制系统，通过实时监测摆杆角度与角速度，结合模糊控制器生成最优控制指令，实现倒立摆的稳定平衡仿真。

详 情 说 明

基于模糊控制的倒立摆平衡控制系统设计与仿真

项目介绍

本项目设计并实现了一个基于模糊逻辑控制的倒立摆平衡控制系统。核心目标是通过模糊控制算法，使倒立摆能够在垂直倒立的不稳定平衡点附近保持稳定。系统建立了倒立摆的非线性动力学模型，并设计了专用的模糊控制器。该控制器根据实时采集的摆杆角度与角速度状态，依据模糊推理规则，计算出最优的控制力并驱动执行机构，最终实现倒立摆的平衡控制。项目提供了完整的仿真环境，支持对不同初始条件和系统参数下的控制效果进行测试与可视化分析。

功能特性

• 模糊控制系统：设计了基于二维输入（角度、角速度）的模糊逻辑控制器，包含完整的隶属度函数与模糊规则库。
• 精确动力学建模：实现了考虑摆杆质量、长度、摩擦等因素的倒立摆非线性动力学方程。
• 实时仿真环境：可模拟倒立摆在控制作用下的实时动态响应过程。
• 全面的结果输出：

* 生成控制信号（施加的力/扭矩）时序数据。 * 记录并绘制摆杆角度、角速度等系统状态随时间的变化曲线。 * 计算并显示关键控制性能指标，如稳定时间、超调量和稳态误差。

• 直观的可视化：提供倒立摆运动过程的动态动画以及各状态变量的静态时序图，便于直观分析控制效果。

使用方法

1. 配置参数：在运行主程序前，根据仿真需求设置或修改相关参数，包括倒立摆的物理参数（质量、长度等）、仿真的初始条件（初始角度、时长、采样周期）以及模糊控制器的参数（隶属度函数、规则）。
2. 运行仿真：执行主程序文件，系统将根据设定的参数自动进行仿真计算。
3. 查看结果：仿真结束后，程序将自动生成并显示控制系统的输出结果，包括动态动画、状态曲线图以及性能指标数据。用户可观察倒立摆从初始状态到最终平衡的整个过程，并评估控制器的性能。

系统要求

• 操作系统：Windows / macOS / Linux
• 软件环境：MATLAB (推荐 R2016a 或更高版本)
• 必要工具箱：需要安装 MATLAB 的 Fuzzy Logic Toolbox（模糊逻辑工具箱）以支持模糊控制器的设计与仿真。

文件说明

主程序文件集成了项目的全部核心功能。它负责完成系统初始化，包括定义倒立摆物理模型和设置仿真参数；构建模糊推理系统，涵盖隶属度函数的定义与模糊规则的设定；执行核心的动力学仿真循环，在每一步采样中获取系统状态、通过模糊控制器计算控制量并更新系统动力学；最后，对仿真产生的数据进行处理与分析，并调用绘图函数生成动态动画和各种结果图表以供用户评估。