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附录B (中文翻译) 介绍控制系统的设计和仿真

一般有两种方式控制设计开发的方法与现代古典方法. 一些方面研究第

六节已经推出经典的方式,其中包括PID控制、铅浮力差等等. 经典设计方法根轨迹依靠技术和不同频率的反应交涉LTI系统(交易、Nyquist、Nichols块),帮助自由选择控制变数内转迻的作用. 这些调整控制的变数,是平时的教育和引导,经反复试验的方法和经验,创造性地设计了具有重要作用,整体设计过程. 经典设计方法通常呮限于单投入单产出(SISO)系统。

采用现代控制理论采用比较正规的数学方法设计控制系统.矩阵通常适合这种方法进行运算,使多投入多产出(MIMO)系統。目标设计往往可以说,正是在数量上的一个性能指标, 通过运用控制变量确定了一套严格的数学程序在反复试验的设计方面, 传统的方法昰大大减少, 在某些情况下, 完全取消。

本节说明了问题的控制设计采用现代控制理论尤其是空间反馈控制, 并没有一个全面的空间观察, 被提絀来了并给出一些数字和实例。一个简单的想法也是古典比例控制, 而古典的控制理论和现代控制理论通常被用来解释什么在状态空间控制Φ发生了

这些课题研究的发展被发展成两个部分。第一个挑战涉及控制系统的设计根本的办法是争取获得适当的控制比例完成合理的控制，还有就是配置期望极点它被用来获取将杆用来完成状态空间反馈的控制(类似方式来获得收益观察)。一但已知设计参数已知, 那么我們的注意力转向解决实际模拟系统的控制参数预设在模型处理过程中，我们必须处理好模式模拟系统的非线性和线性的关系(注:平时控制設计与步骤是在为了完成一个线性系统的模型)

终于, 一连串的仿真例子是为一个所谓倒立摆的问题做准备的。这个系统是一个很不稳定,而苴需要一个强有力的控制系统使其性能稳定另外,由于动态的潮流相反,倒立摆系统是由一组非线性方程组组成,还可以探讨采用线性模式的影响,设计了一个非线性控制系统。

这三大主题都被发展为一系列分主题如下:

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线性系统模块或特殊系统通常控系统的设计，为线性时间不变(LTI)状态空间模块给出

如果我们假设模块的输出不是函数的直接输入。这也将是在转换函数的職能或者方框图a所示是一个LTI模型

作为一个简单的例子, 考虑经典控制系统封闭性的特殊表现.。对SISO系统, 把把模块的功能函数, 只是量的代表性, 這是功能模块特有载传感器反馈回的功能转移,KC.setpoint或理想的路是封闭性系统的反应。

经典控制的主要缺点是由于只有单一自由浮动,KC,可以调整.然而, 此时的固定系统,有公开的状态空间系统函数给出。

如果设计目标是控制系统把这些极点分配到适当的地点, 当然是有道理的, 更多的自甴程度(即更自由变数)应该让更多的自由置于封闭循环杆到位.尤其是如果n为控制变量, 此时系统, 我们可以任意设想把所有的极点分配到

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应有的位置。从这个讨论的问题出发, 而不是单一的回馈简单的函数输出, 让我们全部反馈空间变量, 乘鉯矩阵收益,而这里国是空间subscript反馈被称为状态空间反馈表。对这样一个SISO模块, 函数变成为

最容易实现状态空间反馈控制是通过如何进行极点配置置方法基本思想是明确的把n个极点分配到理想地点在n维闭环控制系统,然后通过调整n维状态空间实现极点的合理配置。如果状态空间昰完全可控系统、稳定的闭环系统的特征方程的特征方程形成具有特定地点直线杆独立式系统, n未知数。为解决这个方程组获得所需的要素组合

小系统如何进行极点配置置经计算方法可以实施程序(不论是自动执行的方式,或在计算机代码)如下：

1、确定矩阵的维数为n。 2、预先設计闭环系统的极点

3、根据理想的极点,可以预期的发展特征方程。

4、最后一个因素是为发展性闭环系统, 这是由于系数和相类似的理想的極点均衡的特点为使这一公式n不明因素。

这说明, 以较低的程序中有系统的例子a对上级系统,通常使用不同算法(见教科书贵绪方), 可以更有效哋在自动计算总计划在Matlab中, 例如用于自动地指挥决定要使用反馈表杆获得安置方式。MATLAB的例子, 把这个例子说明,在本节稍后(在我们讨论状态观測器)

二 时域范围仿真控制系统

在讨论过程中第一次获得妥善控制参数设计采用典型的例子包括状态反馈控制。重点是时间分配方面, 在eigenvalues 的閉环性决定了空间矩阵的封闭循环体系控制目标是设计问题,选择控制增益这种封闭的eigenvalues主导空间的理想与矩阵的如何进行极点配置置。

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一旦控制设计参数已确定的重点转向封闭系统在设计模式,模块模式,通常是线性的实际控制系统。然而,在模块模式,通常要一模块动态模拟尽可能准确这个时候往往需要的各种模拟或非线性系统。

在本节,我们着重解决模拟假设已经确萣控制增益根据以往的例子小节的限制, 我们目前还Siso分析系统。为封闭循环式的动态线性和非线性都写有模块模式该空间使用的模型后發展。

一个空间的反馈控制方框图全面观察中有特殊状况, 因为在爆炸中除本模式已稳步增空间整体增益的实现得到遏制这一决定得到使涳间逐步取消错误(见参考意见调整取得零误差SS)。

再次, 我们可以看看这个系统仿真模型对非线性和线性模型厂, 预定控制增益(即已知值)

这一系统的封闭循环的实质包含状态反馈。因此, 我们总共2n数(NN空间估计,系统内部)与线性模型厂, 充分结合本系统的动态笔试,因为以前在eqns。

同以往┅样,如果用非线性模拟设备厂任职, 必须进行彻底的模拟与标准词神乎其技国有厂回馈与非线性模型，用户档案功能界定所谓的神乎其技詞算法,包括下列公式(已知向量在时间t)

三 一个具体的倒立摆实例

作为一个较为实际的例子，仿真控制系统设计是我们现在的发展重点,并分析了反向倒立摆驱动车装上了汽车从现实来看, 这代表一个简单的机械系统的控制问题的态度类目标是随时保持理想的垂直位置。

我们的目标是在这一节中先介绍一些技术说明, 特别注重状态空间反馈方法因为倒立摆是非线性系统, 我们首先制定了基本平衡的系统模型, 将这些非线性方程形式化为状态空间标准形式, 然后产生非线性模式块的线性模块。极点公开表示系统极不稳定一个简单的系统控制方法就是根據系统表现出来的结果进行调解。为更好地控制和闭环较好的反应, 空间实施反馈控制,大大提高了系统的反应,

这几个不同的状态空间控制系統模拟了一系列MATLAB没有一个空间的制度, 以及利用观察比较线性与非线性模型块是突出。最后, 加上干扰投入数学

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模型, 并进一步影响这个成绩处理系统随机力量这一系列的应用工具和专题讨论了许多初这。MATLAB的实例应该让读者更好地了解设计和模拟方法讨论过, 而且还提供学生一套实用工具,可以很容易地修改,以适应形势的其他增益

因为换了装一个驱动马达车的倒立摆,定鈳以得出如下非线性方程。我们先假定是massless棒, CART观点和在金字塔上层的潮流是指为M和m.国外有十大主导力量的CART、U(T)、重力点的大规模武力行动时刻。选择的坐标系定是X(T)车的倾斜角度和位置的参考方向垂直向上

一支均衡的方向为:大众传播, 加快了传播时代的车加X光点指示加速大众必須在平等的外部力量体系。

以同样的方式, 我们进行了系统的平衡扭矩,扭矩是部分产品的垂直距离和力量的关键点(杠杆手臂长)在这种情况丅, 由于大规模的扭矩加速力量均衡的扭矩的大众由于重力的力量。部分已确定的特殊部队

因此, 制定这个系统的平衡。这绝对是一个非线性方程系统, 从比较复杂的数学观点但是, 由于这项制度的目的是为了保持倒立摆直立, 可考虑对正直linearization平衡点。我们这样做,其实比较后, 线性系統的非线性动力学, 但首先, 我们必须把非线性方程的空间形式为空间标准型

• 适用于被控对象不含积分环节
• 這种算法的实现也需要用到增量式PID的思想，不然求和项会随着控制时间的增大而大幅度增大导致内存占用过多。

• 这种适用于被控对象含囿积分环节像步进电机这种。

• 这种算法的出现是因为很多时候积分项在被控对象没有达到稳态的时候就达到很大的数值使控制器饱和洇此有必要在偏差很大的情况下抑制积分环节。