电路系统的状态空间模型分析 开题报告

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1、大学毕业设计（论文）开题报告课题名称电路系统的状态空间模型分析课题类型理论研究指导教师学生姓名学号一、研究或设计的目的和意义：控制理论研究如何改进动态系统的性能以达到所需目标，这个广义定义包含了人类活动的许多方面。控制理论试图以定量方式描绘这些问题，并集中于寻求一些精确的数学描述方法。控制理论有两个目标：了解基本控制原理；以数学表达它们，使它们最终能用以计算进入系统的控制输入，或用以设计自动控制系统。控制系统之所以能得到如此普遍的应用，不但要归功于现代仪表化(完备的传感器和执行机构)与便宜的电子硬件，还由于控制理

2、论有处理其模型和输出信号所具有的不确定性动态系统的能力。在控制理论中已完善的各种方法愈来愈得到普遍应用的同时，先进的理论概念的应用却仍集中在像空间工程那样的高技术方面。当然，由于计算机技术的飞速发展和世界性的激烈的工业竞争，这种情况将会改变。控制理论中的各种方法对现代技术的发展有很大影响。基于经典理论的单回路控制系统，以及最近出现的第一代自适应控制器，已在许多工业生产中得到广泛应用。二、研究或设计的国内外现状和发展趋势：控制理论的产生和发展要分为以下几个发展阶段：经典（自动）控制理论、现代控制理论和鲁棒控制理论。

3、科学技术的发展不仅需要迅速地发展控制理论，而且也给现代控制理论的发展准备了两个重要的条件—现代数学和数字计算机。现代数学，例如泛函分析、现代代数等，为现代控制理论提供了多种多样的分析工具；而数字计算机为现代控制理论发展提供了应用的平台。在二十世纪五十年代末开始，随着计算机的飞速发展，推动了核能技术、空间技术的发展，从而出现了多输入多输出系统、非线性系统和时变系统。五十年代后期，贝尔曼（Bellman）等人提出了状态分析法；在1957年提出了动态规划。1959年卡尔曼（Kalman）和布西创建了卡尔曼滤波理论；19

4、60年在控制系统的研究中成功地应用了状态空间法，并提出了可控性和可观测性的新概念。1961年庞特里亚金（俄国人）提出了极小（大）值原理。罗森布洛克（H.H.Rosenbrock）、欧文斯（D.H.Owens）和麦克法轮（G.J.MacFarlane）研究了使用于计算机辅助控制系统设计的现代频域法理论，将经典控制理论传递函数的概念推广到多变量系统，并探讨了传递函数矩阵与状态方程之间的等价转换关系，为进一步建立统一的线性系统理论奠定了基础。20世纪70年代奥斯特隆姆（瑞典）和朗道（法国，L.D.Landau）在自适应

5、控制理论和应用方面作出了贡献。与此同时，关于系统辨识、最优控制、离散时间系统和自适应控制的发展大大丰富了现代控制理论的内容。20世纪70年代末，控制理论向着“大系统理论”、“智能控制理论”和“复杂系统理论”的方向发展。智能控制理论是控制理论与人工智能相结合的产物，代表传统控制理论向着深度方向发展。它的目标是提高控制系统自寻优、自适应、自学习、自组织等方面的智能水平。人是现今为止发现的最完善的智能系统，从不同角度模拟人的智能产生了不同的智能控制理论分支。即专家控制、模糊控制、神经网络控制和仿人智能控制。三、主要研究

6、或设计内容，需要解决的关键问题和思路：首先建立电路系统的状态空间模型。电路系统是线性系统领域内应用很广的一类工程系统。电路系统所遵循的物理原理包括各类电路元件的基本关系式和回路节点基尔霍夫定律。基于给定电路系统的结构，并运用元件和电路的物理定律，可建立系统的状态空间描述，即状态方程和输出方程。其次求解系统的状态方程和输出方程。主要方法，一是时域法，二是拉普拉氏变换法。对于状态方程和输出方程比较复杂的连续系统,人工计算就十分的难以实现，MATLAB是目前国际上最流行,应用最广泛的科学与工程计算软件。因此，在应用MA

7、TLAB工程计算语言的基础上给出了三种基本求解方法:拉普拉斯变换法,函数lsim,迭代法,从而简便解决连续系统状态方程的求解难问题。根据求得的状态方程和输出方程，利用现代控制理论的有关判据判断其能控性、能观性。最后用李雅普诺夫稳定性理论来判定系统的稳定性和解决在什么条件下才有可能通过状态反馈把系统闭环极点配置在任意希望的位置上，并找到这样的状态反馈矩阵。同时为了验证了模型的可行性，我们可以通过利用Matlab软件编制仿真模块，进行动态仿真。四、完成毕业论文（设计）所必须具备的工作条件及解决的办法：学校计算中心提供

8、设计用机房，而且可以通过查找电子文献资料，整合相关知识；学校图书馆有设计的相关图书资料。查阅学习《现代控制理论》，掌握研究课题相关知识点，建立必要的知识储备。对于书中不懂得地方请教老师和同学，或者上网查询相关解答。利用Matlab中的Simulink对电路系统进行建模,分析其稳态特性,并进行了仿真,得出相应的仿真波形,验证了模型的有效性。时间安排:第七学期第19周：明确具