伴随着系统仿真和控制芯片性能的日趋发展,对于现在的控制需求来说仅仅依靠纯数学仿真显得力不从心。由此而来的半实物仿真技术逐渐得到了普及,因它兼具纯数学仿真和物理试验的特性,所以在工业界得到了广泛的应用。本文通过对半实物仿真技术进行分析与研究,结合学校中的实际情况,在保证性能的前提下,控制设计成本,搭建了基于STM32与MATLAB/Simulink的半实物仿真平台,满足了教学与科研中的需求。为了验证半实物仿真平台的可靠性,将倒立摆实物作为被控对象进行了一系列实验。作为自然不稳定的非线性系统,倒立摆具有变量多、耦合性强的特点。其机械结构不复杂,控制效果显示直观,是检验控制算法正确性及控制器性能的理想被控对象。本文将理论分析和实物有机结合起来,利用搭建的半实物仿真平台,采集系统的输入输出数据,对数据进行预处理,将处理的数据用于动力学参数辨识,设计分层滑模控制器,通过上位机实时监控系统状态,及时反馈控制器性能,实现鲁棒性较好的一阶直线倒立摆平衡控制。首先,应用拉格朗日方程对一阶直线倒立摆系统进行数学建模,并将摩擦力考虑在内,建立了倒立摆非线性模型。针对实际工程中被控对象参数未知或者发生改变的情况,本文针对倒立摆的小车质量,摆杆质量与摆杆长度以及摩擦力系数等参数,应用最小二乘法进行参数辨识,达到了良好的辨识效果,根据辨识出的参数来构造分层滑模控制器。其次,采用分层滑模控制算法来实现倒立摆平衡控制,为了提高系统的动态性能和鲁棒性,本文在幂次趋近律和变速趋近律的基础上,设计了一种新型自适应律,该趋近律不仅可以增强系统的动态特性而且可以根据状态自适应调节趋近速度,从而到达抑制系统抖振的目的。该趋近律可在有限时间内到达滑模面,当系统出现有界外部干扰时,系统状态及其导数可快速收敛到平衡点附近的邻域内。经Matlab/Simulink仿真,可以看到使用自适应趋近率的分层滑模控制器具有很强的鲁棒性。最后,使用Simulink中的Embedded Coder自动生成C代码,经过在Keil5中调试,通过USB串口烧录进主控芯片中,实现了对倒立摆的控制。