锅炉过热气温控制matlab及控制系统仿真

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1、锅炉过热气温控制MATLAB及控制系统仿真课程设计报告题目：学院电子信息工程学院学科门类电气信息类专业自动化名陈文华指导教师姜萍2016年1月16日河北大学2012级自动化MATLAB及控制系统仿真课程设计河北大学2012级自动化MATLAB及控制系统仿真课程设计目录一弓I言21.1实验日的21.2实验内容与要求21.2.1实验内容21.2.2实验要求2二倒立摆控制系统设计32.1倒立摆的简介32.2倒立摆的数学模型3221本设计中所用到的各变量的取值及其意义3222动力学模型32.3模型转化5三基于状态反馈的倒立摆系统设计63.1系统的开环仿真63.1.1JF环仿真的系统Simulin

2、k结构63丄2开环系统的分析73.2输出反馈设计方法7321输岀反馈仿真7322输出反馈系统的分析83.3状态反馈设计8331基于状态反馈控制器的倒立摆设计过程8332状态反馈仿真9河北大学2012级自动化MATLAB及控制系统仿真课程设计3.3.3状态反馈分析103.4全维状态观测器的倒立摆控制系统设计与仿真103.4.1基于全维状态观测器的倒立摆系统设计步骤103.4.2系统仿真10343基于状态观测器的状态反馈曲线分析11四锅炉过热汽温控制系统设计及仿真124.1蒸汽温度控制的任务124.2影响蒸汽温度的因素124.3蒸汽温度系统开环模型建立12431减温水量对蒸汽温度的影响124

3、.3.2动态特性124.4蒸汽温度控制系统设计124.4.1开环系统动态特性仿真及分析12442开环特性曲线分析134.5单回路控制系统134.5.1单回路控制系统仿真及分析134.5.2系统PID参数的整定134.5.3单回路控制系统仿真曲线分析154.6串级控制系统154.6.1串级控制系统仿真15462系统PID参数的整定16463串级系统响应曲线分析18河北大学2022级自动化MATLAB及控制系统仿真课程设计五总结18附录19河北大学2012级自动化MATLAB及控制系统仿真课程设计一引言1.1实验冃的（1）加强学牛对控制理论及控制系统的理解，熟练应用计算机仿真常用算法和工具，

4、完成控制系统计算机辅助设计的训练。（2）提高学生对控制系统的综合及设计技能，扩大学生的知识面，培养学生独立分析问题及解决问题的能力，为以后从事实际控制系统的设计工作打下基础。1.2实验内容与要求1.2.1实验内容（1）基于观测器的倒立摆控制系统设计及仿真（2）锅炉过热汽温控制系统设计及仿真1.2.2实验要求（1）系统分析及数学模型建立（2）开环系统仿真及动态特性分析（3）控制方案设计及闭环系统仿真实验（4）实验结果分析共20页河北大学2022级自动化MATLAB及控制系统仿真课程设计二倒立摆控制系统2.1倒立摆的简介倒立摆系统是一个复杂的、高度非线性的、不稳定的高阶系统，是学习和研究现代

5、控制理论最合适的实验装置。倒立摆的控制是控制理论应用的一个典型范例,一个稳定的倒立摆系统对于证实状态空间理论的实用性是非常有用的。由于倒立摆本身是自不稳定的系统，实验建模存在一定的困难。但是经过假设忽略掉一些次要的因素后，倒立摆系统就是一个典型的运动的刚体系统，可以在惯性坐标系内应用经典力学理论建立系统的动力学方程关系。在此，我们首先应用动力学方程建立一级倒立摆的非线性数学模型;采用小偏差线性化的方法在平衡点附近局部线性化得到线性化的数学模型；然后应用状态空间分析方法，釆用状态反馈为倒立摆系统建立稳定的控制律；最后应用状态观测器实现倒立摆系统的稳定控制。2.2倒立摆的数学模型倒立摆示意图

6、如图2J所示，通过对小车施加一定的驱动力，使倒立摆保持一定的位姿。图倒立摆示意图2.2.1本设计中所用到的各变量的取值及其意义小车质量M；小球的质量；I：倒摆的杆长；g：重力加速度；0:表示倒摆偏离垂直方向的角度；u是小车受到的水平方向的驱动力；2.2.2动力学模型小球受力分析如图2-2所示，其中(xc,yc)表示小球的重心坐标共20页河北大学2012级自动化MATLAB及控制系统仿真课程设计图2-2小球受力分析示意图通过受力分析，由牛顿第二运动定律，系统的运动满足下面的方程:d2d2x轴方向：M2x?m2xG?udtdtd2d2小球的重心坐标满足：M2x?m2(x?lsin?)?udt

7、dt整理后得：(M?m)x?ml(sin?)??ml(cos?)??u小球的力矩平衡方程：(Fxcoos?)l?(Fysin?)l?(mgsin?)l••…d22Fx?m2xG?m[x?l(sin?)??l(cos?)?]dt...2•….d22Fy?m2yG?m[?l(cos?)??l(sin?)?]dtxG?x?lsin?yG?lcos?••.22...22..mxcos??ml(sin?cos?)??ml(cos?)??ml(