自控实习最终版_高严岩_王万秋教程分析.doc

自 动 控 制 课 程 设 计 总 结 报 告 《双容水箱系统的建模、仿真与控制》 分组号码： 第 Ⅱ - 10小组 学生姓名： 高严岩 王万秋 班 级： 自动化11-4 自动化11-1 学 号： 2014年 7月1日摘 要 然后，又进行了任务二即现代控制部分的工作，主要从系统模型的串并联实现、能控能观标准型实现、状态反馈设计、状态观测器设计、降维观测器、基于状态观测的反馈设计等方面进行了深入的研究。最后，我们选做了倒立摆的一部分内容，并对做过的内容进行了深刻的总结完成答辩验收环节。 关键词：；；； 目 录 第1章 引言 1 1.1 课程设计的意义与目的 1 1.2 课程设计的主要内容 1 1.2.1经典控制部分 1 1.2.2现代控制部分 3 1.3 课程设计的团队分工说明 3 第2章 双容水箱系统的建模与模拟 4 2.1 水箱介绍 4 2.2 双容水箱系统的机理建模 4 2.3 双容水箱系统的实验建模 7 2.4 双容水箱系统模型的仿真分析 8 2.5 双容水箱系统的物理系统模拟 9 第3章 双容水箱控制系统的构建与测试 11 3.1 控制系统的基本构建框架 11 3.2 NI USB6008数据采集卡 13 3.3 OPC通讯技术 13 3.4 开环对象特性测试 14 第4章 双容水箱的控制与仿真分析——经典控制部分 15 4.1 比例系数变换对系统闭环性能的影响 15 4.2 比例积分控制器对控制性能的影响 20 4.3 PID控制器对控制性能的影响 24 4.4 串联校正环节的设计 26 4.5 采样周期系统稳定性和稳态误差的影响 31 第5章 双容水箱的控制与仿真分析——现代控制部分 35 5.1 状态空间模型的建立 35 5.2 状态空间模型的分析 37 5.3 状态反馈控制器的设计 38 5.4 状态观测器（全维观测器）的设计 44 5.5 降维观测器的设计 47 5.6 基于状态观测的反馈控制器设计 50 第6章 总结 56 6.1 课程设计过程的任务总结与经验收获 56 6.1.1 任务总结 56 6.1.2 经验收获 57 6.2 课程设计中的不足和问题分析 59 6.3 对课程设计的建议 59 参考文献 61 附 录 62 第章 引言 自动控制课程设计是自动化专业基础课程《自动控制原理》和《现代控制理论》的配套实践环节，对于深入理解经典控制理论和现代控制理论中的概念、原理和方法具有重要意义。 在以前的学习过程中，我们大都是为了应对考试，并没有对一些知识点进行细致的理解与分析，并不知道有些是否正确上课学过的的同时 通过这16天的不仅将课堂上学过的知识进行了的验证，而且学会了更多的课堂所学不到的知识。实习时软硬件相结合的，在另一层面上加强了自己的综合能力 总之，本次课程设计对于我们深入理解经典控制理论和现代控制理论中的概念、原理和方法具有重要意义，可以增加我们专业的知识储备，提高我们的学习能力。 1.2 课程设计的主要内容 1.2.1经典控制部分 二阶水箱液位对象机理模型的建立，用机理建模（白箱）方法建立系统机理模型，对机理模型进行线性化，分析线性化模型的适用场合。（先建立机理模型，并在某工作点进行线性化，求传递函数）。 通过实验方法辨识系统的数学模型的建立，用试验建模（黑箱）方法辨识被控对象数学模型,二阶水箱仿真软件，真实二阶水箱系统；通过仿真分析模型辨识的效果，对比辨识模型特性与实验曲线的相似程度，分析造成辨识误差的原因。 二阶水箱系统的物理模拟，根据建立的二阶水箱液位对象模型，在计算机自动控制实验箱上利用电阻、电容、放大器的元件模拟二阶水箱液位对象。 控制系统构建I：数据采集卡与数据通讯，学会通过NI USB-6008数据采集卡和OPC通讯技术构建控制系统。 控制系统构建II：开环对象特性测试，采集模拟对象的数据，测试被控对象的开环特性，通过Matlab仿真分析，验证模拟对象的正确性。 比例系数变换对系统闭环性能的影响，采用纯比例控制，分析闭环控制系统随比例系数变化时控制性能指标（超调量，上升时间，调节时间，稳态误差等）的变化。使用Matlab中SISOTOOLS进行仿真分析，对比实际控制效果与仿真效果的差异，并进行分析。从根轨迹的角度分析比例系数变化对系统性能的影响。 比例积分控制器对控制性能的影响，通过具体实验分析PI控制器参数变化对系统性能影响。使用Matlab中 SISOTOOLS设计PI控制器，并将控制器应用于实际模拟仿真系统，观测实际系统能否达到设计的性能指标。利用根轨迹法分析比例积分控制器对系统动态性能和稳定性的影响。 PID控制器对控制性能的影响，采用PID控制，分析不同参