状态观测与反馈控制器的设计与仿真..docx

毕业设计（论文）任务书班 级学生姓名学 号发题日期： 年 月 日 完成日期： 月 日题 目 状态观测与反馈控制器的设计与仿真 1、本论文的目的与意义 （1）学习并掌握现代控制理论中状态观测与状态反馈的基本原理,学习控制器的设计方法,在此基础上设计计算机程序,以实现状态观测和反馈控制器设计的自动化,并对典型控制系统的运行进行仿真。 （2）进一步深入理解状态反馈、状态观测器的工作原理和设计方法，熟练程序设计和控制系统的仿真，进一步巩固所学，提高综合应用的能力。2、学生应完成的任务（1）收集有关现代控制理论、反馈控制器设计和MATLAB控制系统仿真方面的资料，完成英文翻译。（2）学习掌握状态反馈、状态观测器的工作原理及其控制器的设计方法。（3）熟悉MATLAB程序设计及Simulink仿真。（4）设计MATLAB程序及GUI界面，给定被控对象的数学模型，实现控制器分析与设计的自动化，自动生成反馈控制器模型。（5）设计MATLAB程序及GUI界面，把所设计控制器代入控制系统，进行系统运行的计算机仿真。程序的调试。（6）完成具有规定格式的设计说明书（不少于15000字）一份。3、论文各部分内容及时间分配：（共 15周）第一部分 查阅、搜集相关资料，参考学习，并完成外文翻译。 ( 2周)第二部分学习掌握基本知识、方法和原理，并完成论文总体内容设计。( 3周)第三部分设计并调试计算机程序，实现典型数字控制器分析与设计的自动化。( 3周)第四部分设计并调试仿真程序，实现典型控制系统运行的仿真。( 3周)第五部分设计说明书、整理等工作( 2周)评阅及答辩(2周)备 注指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日摘要现代控制理论是建立在状态空间法基础上的一种自动控制理论。状态反馈是体现现代控制理论特色的一种控制方式。然而，在实际系统中，或者因为不易直接测量，或者因为测量设备在经济性和使用性上的限制，进行状态反馈往往很困难。解决上述问题的基本途径就是进行状态重构，即设计状态观测器，利用重构状态取代真实状态进行状态反馈。学习并掌握现代控制理论中状态观测与状态反馈的基本原理，利用MATLAB软件强大的数值计算能力和数据可视化能力，在MATLAB平台下开发图形用户界面（Graphical User Interfaces，GUI），演示其常用控件的使用方法。将图形用户界面用于系统控制器的设计，通过M文件的函数调用达到数据的输入和输出，实现数据文件的读取和处理，最终完成状态观测和反馈控制器设计的自动化。该控制器人机交互性好，能对相关知识点进行实时、动态可视化分析计算仿真，在教学、实验和工程中具有较强的应用价值。针对多输入多输出的倒立摆系统平衡控制，利用牛顿－欧拉方程建立直线式一级倒立摆系统的数学模型，利用拉格朗日法建立旋转式一级倒立摆系统的数学模型，并分别采用极点配置法和LQR (Linear Quadratic Regulator)方法来设计用于上述两种一级倒立摆系统的控制器， 借助于MATLAB仿真，证明了上述两种控制器的有效性。关键词：状态反馈；状态观测；极点配置；倒立摆应用；MATLAB设计AbstractModern Control Theorybased on state space equation is a branch of automation theory. State feedback is a control method which embodies the characteristics of modern control theory. However, in practical system, state feedback is hard to carry out for some reasons, such as difficulty of measuring, or limitation of measuring equipments on economy and use. The basic way of solving problems above is rebuilding state, that is to say, here we design state observer, and use the state rebuilt to replace the true state to work out state feedback.After acquiring the fundamentals of stat