MATLAB倒立摆可视化建模与控制仿真

"基于MATLAB倒立摆可视化建模仿真与控制_张新荣.pdf" 本文主要探讨了如何利用MATLAB进行倒立摆的可视化建模仿真与控制。倒立摆是一种典型的非线性、不稳定系统，常被用于测试和验证控制理论。在复杂机械系统中，控制算法的设计往往面临被控对象建模的挑战。为了解决这一问题，作者提出了一种可视化建模的方法，结合三维建模软件Pro/ENGINEER与MATLAB的SimMechanics工具箱，旨在缩短建模周期并提高评估控制效果的直观性。 首先，文章以环形倒立摆为例，这是一种具有更高稳定难度的倒立摆类型。通过Pro/ENGINEER进行三维实体建模，然后导入到SimMechanics中，构建出物理模型。SimMechanics是MATLAB的一个扩展，它允许用户创建、模拟和分析多体动力学系统，非常适合于动态系统的建模和仿真。 接着，文章介绍了两种控制策略的设计和仿真。第一种是基于PID（比例-积分-微分）控制器，这是一种广泛应用的反馈控制策略，能够有效稳定系统。第二种是极点配置法，这是一种状态反馈控制策略，通过对系统特征多项式的自由度调整，来改变闭环系统的动态性能。 在MATLAB/Simulink环境中，这两种控制方案被集成到仿真平台上。Simulink提供了图形化用户界面，使得模型构建、仿真和调试过程更加直观。此外，通过Simulink实时控制系统，可以将仿真结果直接应用于硬件在环测试，进一步验证控制算法的实际效果。 实验结果显示，使用这种可视化建模方法建立的倒立摆模型更为方便、准确，仿真过程直观，且在控制效果上表现出良好的性能。这表明该方法对于理解和控制倒立摆这类复杂系统非常有效，并具有广泛的适用性。 关键词：可视化建模；环形倒立摆；建模；仿真；控制；实验 通过这个研究，我们可以学习到如何运用MATLAB及其相关工具进行复杂系统的建模和控制设计，这对于工程领域的研究和教学具有重要的参考价值。同时，这也为其他非线性系统的控制策略开发提供了一种可能的途径。