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课程设计报告
题目：MATLAB及控制系统仿真课程设计学 院 电子信息工程学院 学科门类 电气信息类 专 业 自动化 学 号 2012449107 姓 名 陈文华 指导教师 姜萍
2016年 1 月 16 日
河北大学2012级自动化MATLAB及控制系统仿真课程设计
河北大学2012级自动化MATLAB及控制系统仿真课程设计
目 录
一 引言 ................................................................................................... 2
1.1 实验目的 ...................................................................................... 2 1.2 实验内容与要求 .......................................................................... 2 1.2.1实验内容 ............................................................................. 2 1.2.2实验要求 ............................................................................. 2
二 倒立摆控制系统设计 ..................................................................... 3
2.1倒立摆的简介 ............................................................................... 3 2.2倒立摆的数学模型 ....................................................................... 3 2.2.1本设计中所用到的各变量的取值及其意义 ..................... 3 2.2.2动力学模型 ......................................................................... 3 2.3模型转化 ....................................................................................... 5
三 基于状态反馈的倒立摆系统设计 ................................................ 6
3.1系统的开环仿真 ........................................................................... 6 3.1.1开环仿真的系统Simulink结构 ....................................... 6 3.1.2开环系统的分析 ................................................................. 7 3.2输出反馈设计方法 ....................................................................... 7 3.2.1输出反馈仿真 ..................................................................... 7 3.2.2输出反馈系统的分析 ......................................................... 8 3.3状态反馈设计 ............................................................................... 8 3.3.1基于状态反馈控制器的倒立摆设计过程 ......................... 8 3.3.2状态反馈仿真 ..................................................................... 9
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3.3.3状态反馈分析 ................................................................... 10 3.4全维状态观测器的倒立摆控制系统设计与仿真 ..................... 10 3.4.1基于全维状态观测器的倒立摆系统设计步骤 ............... 10 3.4.2系统仿真 ........................................................................... 10 3.4.3基于状态观测器的状态反馈曲线分析 ........................... 11
四 锅炉过热汽温控制系统设计及仿真 ......................................... 12
4.1蒸汽温度控制的任务 ................................................................. 12 4.2影响蒸汽温度的因素 ................................................................. 12 4.3蒸汽温度系统开环模型建立 ..................................................... 12 4.3.1减温水量对蒸汽温度的影响 ........................................... 12 4.3.2动态特性 ........................................................................... 12 4.4蒸汽温度控制系统设计 ............................................................. 12 4.4.1开环系统动态特性仿真及分析 ....................................... 12 4.4.2开环特性曲线分析 ........................................................... 13 4.5单回路控制系统 ......................................................................... 13 4.5.1单回路控制系统仿真及分析 ........................................... 13 4.5.2系统PID参数的整定 ....................................................... 13 4.5.3单回路控制系统仿真曲线分析 ....................................... 15 4.6串级控制系统 ............................................................................. 15 4.6.1串级控制系统仿真 ........................................................... 15 4.6.2系统PID参数的整定 ....................................................... 16 4.6.3串级系统响应曲线分析 ................................................... 18
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五 总结 .................................................................................................... 18 附 录 ...................................................................................................... 19