MATLAB作为一个简便易懂的系统开发环境和平台，在如今的科学研究中发挥着至关重要的作用。MATLAB软件拥有强大的数据运算处理功能，其中图形用户界面(Graphical User Interface)是MATLAB环境下的一个功能强大的子界面，在该界面中用户只需要操作鼠标、键盘等就可以运行相关程序来实现事先设计好的功能。在使用MATLAB GUI设计控制系统的仿真界面时，用户不需要进行其他繁琐的操作，只要输入该控制系统的待测参数，在后台程序执行完以后，控制系统的各项性能指标就可以被计算出来，这样的设计能够极大地减小研究人员的工作量，并且还能保障控制系统安全地运行。与传统的研究方法相比较，GUI具备极大的优势：在使用过程中，用户不再需要担心系统内部的程序指令能否很好地被执行，只要知晓GUI所包含的功能的操作方法，在这样的界面内用户就能够通过设备与计算机进行交流与互动。鉴于上述种种优势，所以在本次的设计过程中，所以尝试着借助 MATLAB GUI 来实现倒立摆控制系统的设计[2]。

1。2 倒立摆系统介绍及研究意义

1。2。1 倒立摆系统介绍

在倒立摆研究发展的初期阶段，人们的研究所使用的倒立摆控制对象基本上都是单级直线形的。在此后的研究中，研究人员又不断地对其进行拓展，才产生了现阶段各种各样形式的倒立摆系统。大体有以下几种分类方式：

（1）根据倒立摆基座的运动方式，可以将其分为直线倒立摆、环形倒立摆和平面倒立摆这三种。如果再细分开来，上述任一形式的倒立摆又可以根据摆杆数量的多少进一步划分为一级、二级、三级以及多级倒立摆等等。来-自+优Y尔E论L文W网www.youerw.com 加QQ752018^766

    （2）如果对摆杆的材质进行分类的话，倒立摆又可以分为刚体倒立摆和柔性倒立摆系统。

（3）另外还可以根据不同的研究的目的或者方法来分类。这样倒立摆可以分为悬挂式倒立摆、球平衡倒立摆以及平行式倒立摆这三种。其中悬挂式倒立摆在日常的学习研究中使用的比较多。悬挂式倒立摆在启动前摆杆是自由下垂的。当启动控制后，首先摆杆会按照一定的振荡频率自由地摆动，摆杆的振幅逐渐变大，经过一定时间后，摆杆接近竖直倒立的位置，这时系统就会自动切换控制的方法，来让摆处于稳定倒置的状态。

尽管倒立摆的分类形式很多，但是不管是哪一种结构的倒立摆，就系统本身来说，它始终是一个非线性的、存在多变量的、绝对不稳定性的控制系统[3]。

1。2。2 倒立摆系统的研究现状

研究人员在验证各种控制算法或者探索新的控制理论的过程当中，他们通常都是以倒立摆作为实验设备来开展研究的。就目前的研究状况而言，人们研究倒立摆经常使用的算法主要有下面这几种：

(1)经典控制理论：PID控制。这是运用最普遍、研究时间最长的算法，同时也是本文使用的控制方法。

(2)现代控制理论：主要是借助于状态空间理论，进而再推导出对应系统的状态方程以及输出方程，运用状态反馈，实现控制倒立摆的目的。

(3)模糊控制理论：模糊控制理论中最关键的是模糊规则的确定过程，需要解决系统存在的非线性以及不确定性问题，最终实现对倒立摆系统的稳定控制。这种算法在本次设计中也有使用。

(4)神经网络控制理论。该理论的原理是借助神经网络来实现无限接近复杂非线性关系的目的，并且在此过程中了解及学习不确定系统的动态特性，最后结合其他的控制方法来控制倒立摆。 

(5)拟人智能控制理论。这种方法与上述的方法不同，在研究过程中不需要了解被控对象的数学模型，主要是以人类的见识以及经验为基础再运用计算机很快地模拟控制经验，将存在于人脑中的定性分析思维跟控制理论当中的定量分析计算结合起来，达到控制倒立摆的目的。论文网