基于MATLAB的一级倒立摆摆起稳定控制仿真系统

资 源 简 介

该项目利用MATLAB实现一级倒立摆的完整控制仿真，包含非线性动力学建模、控制器设计和可视化仿真。系统能够模拟倒立摆从下垂位置自动摆起并稳定在直立状态的全过程，适用于控制理论教学和算法验证。

详 情 说 明

一级倒立摆摆起稳定控制仿真系统

项目介绍

本项目基于MATLAB实现了一级倒立摆系统的完整仿真控制方案。系统通过建立精确的非线性动力学模型，结合能量控制与线性二次型调节器(LQR)的混合控制策略，实现了倒立摆从自然下垂位置自动摆起并稳定在直立平衡状态的全过程仿真。项目提供了丰富的可视化功能，能够直观展示控制效果并分析系统性能。

功能特性

• 精确动力学建模：采用拉格朗日方程建立倒立摆非线性动力学模型
• 智能控制策略：结合能量控制（实现摆起）和LQR控制（实现稳定）的双阶段控制
• 多维度可视化：提供时域响应曲线、相平面图、实时动画等多种展示方式
• 性能量化分析：自动计算稳定时间、超调量、控制能量消耗等关键指标
• 参数灵活配置：支持用户自定义物理参数、控制参数和仿真参数

使用方法

1. 参数设置：在相应文件中修改系统物理参数（质量、长度等）、控制器参数（Q、R矩阵等）和初始状态
2. 运行仿真：执行主程序启动仿真计算，系统将自动完成摆起和稳定控制
3. 结果分析：查看生成的各类图表和性能指标，评估控制效果
4. 参数调整：根据分析结果优化控制参数，重新仿真验证改进效果

系统要求

• MATLAB R2018b或更高版本
• 必需工具箱：Control System Toolbox
• 推荐内存：4GB及以上
• 磁盘空间：至少500MB可用空间

文件说明

主程序文件整合了系统的核心功能模块，包括动力学模型的建立与求解、控制器的设计与实现、仿真过程的可视化展示以及系统性能的量化分析。具体实现了倒立摆非线性微分方程的数值求解、能量控制与LQR控制的切换逻辑、实时动画的生成与播放，并输出了包括时域响应和相平面图在内的多维度分析结果。