基于MATLAB倒立摆可视化建模仿真与控制

张新荣，马 杰，张才斗，吴学前

(1.长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西 西安 710064；2.陕西工业职业技术学院 机械工程学院，陕西 咸阳 712000)

0 引 言

倒立摆作为教学、科研、产品开发过程中经常使用的研究和实验对象，一直被科研人员当作机械系统控制研究中的主要工具之一。作为典型的非线性、强耦合、多变量的不稳定系统，其可以直观的展现控制理论中许多经典抽象的概念，如系统的快速性、稳定性、抗干扰能力等[1-3]。目前多种控制算法均被应用于倒立摆的控制，如模糊控制、自适应控制、变结构控制及经典的PID控制等，显然倒立摆系统已成为验证各种控制理论的有力平台[4-8]。

文献[9]介绍了基于MATLAB的倒立摆控制算法及仿真，通过建立其数学模型，在MATLAB上进行3种控制方法的对比仿真分析；文献[10]分析了直线一级倒立摆的建模过程，采用MATLAB进行了仿真分析。在倒立摆建模、仿真和控制研究中使用最多的方法是理论建模，也可以采用Adams、Ansys、Pro/E、Solidworks等软件进行物理建模和仿真。文献[11]利用Pro/E与SimMechanics对曲柄摇杆机构进行联合仿真，并应用在机械原理教学中；文献[12]提出在Simulink和SimMechanics环境下进行动力学建模与分析的计算机辅助方法，对六自由度并联机器人动力学模型进行充分验证和分析；文献[13]提出了利用三维Pro/E模型转换成SimMechanics模型的建模方法，建立三自由度并联机器人机械系统模型，并设计PID控制器模型进行仿真分析；文献[14]基于Matlab/SimMechanics平台建立了3-RPS型并联机器人仿真模型，进行运动学仿真对比研究，验证了该建模方法的正确性。……