中国石油大学（华东）自动控制课程设计 双容水箱系统的建模、仿真于控制

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1、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I-16小组学生姓名：2015年7月25日中国石油大学（华东）信控学院《自动控制课程设计》总结报告目录第1章引言21.1课程设计的意义与目的21.2课程设计的主要内容21.2.1经典控制部分31.2.2现代控制部分41.3课程设计的团队分工说明4第2章双容水箱系统的建模与模拟52.1二阶水箱介绍52.2控制系统设计过程52.2.1建立机理模型92.2.2系统辨识模型建立92.2.3对模型进行仿真92.2.4物理模拟模型10第3章双容水箱控制系统的构

2、建与测试123.1控制系统基本构建框架123.2ADAM-4024与ADAM-4117123.2.1D/A转换器ADAM-4024123.2.2A/D转换器ADAM4117133.3双容水箱控制系统的测试16第4章双容水箱的控制与仿真分析——经典控制部分184.1采用纯比例控制184.2采用比例积分控制224.3采用PID控制264.4串联校正环节294.5采样周期影响及滞后系统控制性能分析34第5章双容水箱的控制与仿真分析——现代控制部分365.1状态空间模型建立36中国石油大学（华东）信控学院《自动控制课程设计》

3、总结报告5.2状态空间模型分析375.3状态反馈控制器设计395.4状态观测器设计415.5基于状态观测的反馈控制器设计45第6章总结476.1课程设计过程的任务总结与经验收获476.1.1成员：齐若森476.1.2成员：安迪496.2课程设计中的不足和问题分析506.2.1成员：齐若森506.2.2成员：安迪526.3对课程设计的建议52参考文献53中国石油大学（华东）信控学院《自动控制课程设计》总结报告摘要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

4、论和现代控制理论中的概念、原理和方法具有重要意义。本次课程设计以过程控制实验室双容水箱系统作为研究对象，开展了机理建模、实验建模、系统模拟、控制系统分析与综合、控制系统仿真等多方面的工作。课程设计过程中，首先对二阶水箱进行了机理建模、实验建模以及搭建模拟电路对二阶水箱进行模拟，然后进行了经典控制部分和现代控制部分的工作，主要从系统模型辨识、采集卡采集、PID算法的控制、串联校正进行性能指标的优化、滞后控制、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、降维观测器设计等方面进行了深入的研究。最

5、后，选做倒立摆的内容，并对做过的内容进行了深刻的总结分析。关键词：自动控制；课程设计；PID控制；根轨迹；极点配置中国石油大学（华东）信控学院《自动控制课程设计》总结报告第1章引言1.1课程设计的意义与目的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。通过课程设计，我们重新对自动控制、现代控制理论、系统仿真、系统辨识等课程进行学习，对学过的知识进行更进一步的理解与思考，从而更加全面的巩固我们学过的知识，增加

6、对各课程的了解。通过课程设计，可以增强我们软件仿真和编程能力。本次实习主要通过MATLAB完成，设计过程需要大量的编程练习。从而，通过课程设计可以极大地的提高我们的编程能力和仿真能力。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、系统仿真中的概念、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本次自控课程设计可以分为两部分的内容。第一部分为经典控制部分，主要从系统模型辨识、采集卡采集、PID算法的控制、串联校正进行性能指标的优化、滞后控制等方面进行了设

7、计。第二部分为现代控制部分，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、降维观测器设计等方面进行了深入的研究。1.2.1经典控制部分1、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。中国石油大学（华东）信控学院《自动控制课程设计》总结报告2、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

8、的相似程度，分析造成辨识误差的原因。3、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。4、控制系统构建I：数据采集卡与数据通讯，学会通过NIUSB-6008数据采集卡和OPC通讯技术构建控制系统。5、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