锅炉过热气温控制MATLAB及控制系统仿真.docx

课程设计报告题目:MATLA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1/24一引言 Q.. 0.. 9四锅炉过热汽温控制系统设计及仿真 . 18五总结 16附录 (1) 加强学生对控制理论及控制系统的理解,熟练应用计算机仿真常用算法和工具,完成控制系统计算机辅助设计的训练。(2) 提高学生对控制系统的综合及设计技能,扩大学生的知识面,培养学生独立分析问题及解决问题的能力,为以后从事实际控制系统的设计工作打下基础。(1) 基于观测器的倒立摆控制系统设计及仿真(2) (1) 系统分析及数学模型建立(2) 开环系统仿真及动态特性分析(3) 控制方案设计及闭环系统仿真实验(4) 、高度非线性的、不稳定的高阶系统,是学****和研究现代控制理论最合适的实验装置。倒立摆的控制是控制理论应用的一个典型范例,一个稳定的倒立摆系统对于证实状态空间理论的实用性是非常有用的。由于倒立摆本身是自不稳定的系统,实验建模存在一定的困难。但是经过假设忽略掉一些次要的因素后,倒立摆系统就是一个典型的运动的刚体系统,可以在惯性坐标系内应用经典力学理论建立系统的动力学方程关系。在此,我们首先应用动力学方程建立一级倒立摆的非线性数学模型;采用小偏差线性化的方法在平衡点附近局部线性化得到线性化的数学模型;然后应用状态空间分析方法,采用状态反馈为倒立摆系统建立稳定的控制律;最后应用状态观测器实现倒立摆系统的稳定控制。-1所示,通过对小车施加一定的驱动力,定的位姿u(t)图2-;I:倒摆的杆长;g:重力加速度;9:表示倒摆偏离垂直方向的角度;u是小车受到的水平方向的驱动力;-2所示,其中(Xc,yj表示小球的重心坐标通过受力分析,由牛顿第二运动定律,系统的运动满足下面的方程:x轴方向:2 2d dM—2x m2 xG=udt2 dt2小球的重心坐标满足: Md2xmd2(xlsinn)二udt2 dt2整理后得:(Mm)x-ml(sinv)『•ml(cos打-u小球的力矩平衡方程:(FxCOOSv)l-(FySinn)l=(mgsinv)lFx=m—2Xq=m[x-1(sin二)^2I(cosp]dtd2 2 . ..Fy=m2Yg=m[T(cosd)v-1(sinr)^]dtxg=xIsinvyG=Icosvmxcosv-ml(sin二cos^)二2ml(cos2二)亠ml(sincosd)^2ml(sin2二)-mgsin-整理可得:mxcos:mlv-mgsin^最后得到倒立摆系统的动力学方程:2(M+m)x—ml(sin日)日+ml(cos8)T=uimxcos日+ml°=mgsin日显然该系统为明显的非线性系统。但是对小车施加驱动力的目