课程设计最终版.docx

摘要
建模、控制与优化是控制理论要解决的主要问题。在这些问题中,广泛采用了现代数学方法,使得控制理论的研究不断深入,取得了丰硕的成果。建模是控制理论中所要解决的第一个问题。控制理论中的建模方法主要有两种,一是经验建模,二是根据物理规律建模。所研究的对象主要是动态模型,一般用微分方程或差分方程来描述。设计控制系统是控制理论的核心内容。在线性系统中,我们所用到的数学工具是拓扑、线性群。在非线性系统中,我们用到了微分几何。可以说微分几何是非线性控制理论的数学基础。优化是控制的一个基本目的,而最优控制则是现代控制理论的一个重要组成部分。例如庞特里亚金的极大值原理、贝尔曼的动态规划,都是关于优化和最优控制问题的。 
本报告是对连续系统性能分析及闭环调节器设计,对系统的脉冲响应、能控性、能观测性、稳定性进行分析,然后通过状态反馈对系统进行极点配置,最后进行系统的仿真验证。复****巩固和加深所学专业基础课和专业课的理论知识,综合运用经典控制理论与现代控制理论的知识,弄清楚其相互关系,使理论知识系统化、实用化;掌握基于状态空间分析法进行控制系统分析与综合的方法;训练利用计算机进行控制系统辅助分析与仿真的能力;掌握参数变化对系统性能影响的规律,培养灵活运用所学理论解决控制系统中各种实际问题的能力;培养分析问题、解决问题的独立工作能力,学****实验数据的分析与处理方法。最终达到增强我们的工程意识、联系实际问题设计、使理论与实践相结合的目的。
关键词: 建模  控制理论 控制系统  性能分析 状态反馈仿真
目录
1 课题分析 1
2 MATLAB应用与系统模型建立 2
2
环境及基本命令 2
M 文件的编写 3
3
4
3 系统定量、定性分析 6
、能观性分析 6
、能观测性概念 6
、能观测性分析 7
8
8
8
4输出反馈分析 10
输出反馈 10
11
5状态反馈与极点配置 13
13
14
14
18
6设计总结 20
参考文献 21
1 课题分析
本次进行的是对连续系统性能分析及闭环调节器设计,系统参数:
某调节对象状态空间方程描述为
分析原系统的性能,根据要求设计状态反馈阵及系统给定,满足设计要求。
设计主要内容:
(1)求原系统的状态脉冲响应。
(2)分析系统的能控性、能观测性、稳定性。
(3)分析此调节对象可否通过给予稳定,为什么?
(4)利用状态反馈进行设计,使得闭环系统的极点配置在处,并对设计的系统进行仿真,分析系统的性能。
(5)如果输出量y需以斜坡函数形式变化,即要求,根据第4小题之分析,对应的闭环系统给定量应为何值?对设计的结果进行仿真验证。
此次设计中主要是利用MALTAB编程对系统性能进行分析和闭环调节器设计,然后对系统进行仿真。设计内容(1)求原系统的脉冲响应,通过MALTAB编程即可实现;设计内容(2)分析系统的能控性、能观测性、稳定性,需要运用线性控制理论中的能控性、能观性和稳定性判据,然后可利用MALTAB,得出结论;设计内容(3)是一个输出反馈的问题,可以求此时系统的特征方程,然后运用劳斯判据判断稳定性;设计内容(4)是状态反馈与极点配置,通过MALTAB编程实现,然后进行仿真;设计内容(5)是在内容(4)的基础上,求得系统的传递函数,根据输入输出之间的关系求得给定,然后进行仿真验证。
2 MATLAB应用与系统模型建立

环境及基本命令
MATLAB环境是一种数值计算、数据分析和图形显示服务的交互式的环境。有 3 种窗口,即:命令窗口(mand Window)、m-文件编辑窗口(The Edit Window)和图形窗口(The Figure Window),同时,通过点击 Simulink,可弹出 Simulink 模型编辑窗口。MATLAB 常用简单命令如表 2-1、2-2 所示。
表 2-1 运算指令
数组运算
矩阵运算
指令
功能
指令
功能
A.'
非共轭转置
A'
共轭转置
s.*A
标量 s 分别与 A 元素之积
s*A
标量 s 分别与 A 每个元素之积
s./B,B.\s
标量 s 分别被 B 的元素除
S*inv(B)
B 阵的逆乘 s
A.^n
A 的每个元素自