倒立摆系统状态反馈控制器的设计【开题报告】
倒立摆系统状态反馈控制器的设计全套设计论文
开题报告 电气工程及自动化 倒立摆系统状态反馈控制器的设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 倒立摆作为一个研究控制理论的实验装置，其系统具有高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合等特性，现代控制理论的研究人员将它视为典型的研究对象，这是因为倒立摆的控制过程能有效地反映控制中的许多关键问题，问题、随动问题以及跟踪问题。并且可以不断从中发掘出新的控制策略和控制方法。二十世纪九十年代以来，更加复杂多种形式的倒立摆系统成为控制理论研究领域的热点。随着摆杆上端继续再铰链另外的摆杆，控制难度将不断增大。因此，多级倒立摆的高度非线性和不确定性，使其控制稳定成为控制界公认的难题。 许多新的控制理论，都通过倒立摆实验加以验证，如模糊控制、神经网络控制、拟人控制都受到倒立摆的检验。通过对倒立摆的控制，我们能用来检验新的控制方法是否有较强的处理非线性和不稳定性问题的能力。因此倒立摆具有重要的理论价值。该课题的研究一直受到国内外者的广泛关注，成为控制热门研究课题之一。 在国外，对倒立摆系统稳定控制的研究始于60年代，我国则从70年代中期开始研究。对倒立摆系统的研究，主要是对两个问题进行考虑。一个是如何使倒立摆起摆；另一个是如何使倒立摆稳定摆动。目前，对这两个问题的研究非常热门。很多学者已对这两个问题提出了不同的控制方法。 倒立摆起摆就是倒立摆系统从一个平衡状态转移到另一个平衡状态。在这个过程中既要起摆快速，又不能有过大的超调。倒立摆起始摆动有许多控制方法，其中最主要的是能量控制、最优控制、智能控制。目前有已有几种方法成功实现倒立摆的起摆控制，这些方法都是基于非线性理论的控制方法。 倒立摆稳定控制的研究也一样热门，且也有一定的成果。国内外专家学者根据经典控制理论与现代控制理论应用极点配置法，设计模拟控制器，先后解决了单级倒立摆与二级倒立摆的稳定控制问题。随着计算机的广泛应用，又陆续实现了数控二级倒立摆的稳定控制。目前对四级倒立摆的控制的研究也已经开始研究并取得了一定的成就。 用不同的控制方法控制不同类型的倒立摆，已经成为了最具有挑战性的课题
个人博客系统的设计与实现开题报告
中北大学 毕业设计开题报告学生姓名：周海芳学号：0906034202 学院、系：电子与计算机科学技术学院计算机科学与技术系 专业：计算机科学与技术 设计题目：个人博客系统的设计与实现指导教 师:元 2013年3月8日
毕业设计开题报告 1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述： 文献综述 一、选题的依据及意义 进入二十一世纪，以Internet为核心的现代网络积水和通信技术已经得到了飞速的发展和广泛的应用，各种网络交流互动工具也应运而生。其中以论坛、博客、社区、空间最为受广大网民朋友的欢迎，也是目前为止发展的比较成熟的信息交流工具。在网络技术逐渐渗入社会生活各个层面的今天，传统的交流方式也面临着变革，而网络博客则是一个很重要的方向。基于Web技术的网络考试系统可以借助于遍布全球的Internet 进行，因此交流既可以是本地进行，也可以是异地进行，大大拓展了沟通与交流的灵活性。博客在现如今这个飞速发展的网络时代已经成为人们不可或缺的一部分[1]。 博客，又译为网络日志、部落格或部落阁等，是一种通常由个人管理、不定期贴新的文章的。博客它经常是由简短且经常更新的帖子构成，它可以发表有关个人构思，日记，或者诗歌，散文，小说等等。博客可以是你纯粹个人的想法和心得，包括你对时事新闻、国家大事的个人看法，或者你对一日三餐、服饰打扮的精心料理等，也可以是在基于某一主题的情况下或是在某一共同领域由一群人集体创作的容。写博客是为了把自己各种各样的想法在网上表达、释放出来,把一时的想法变成观点展示给大家。而浏览博客的用户,也可以对发表观点和看法的文章进行评论,博客就是这样一个平台。 博客最初的名称是Weblog，由web和log两个单词组成，按字面意思就为网络日记，后来喜欢新名词的人把这个词的发音故意改了一下，读成we blog，由此，blog这个词被创造出来。中文意思即网志或网络日志，不过，在中国大陆有人往往也将 Blog本身和 blogger（即博客作者）均音译为“博客”。“博客”有较深的涵义：“博”为“广博”；“客”不单是“blogger”更有“好客”之意。看Blog的人都是“客”。而在，则分别音译成“部落格”（或“部落阁”）及“部落客”，认为Blog本身有社群群组的意含在，借由Blog可以将网络上网友集结成一个大博客，成为另一个具有影响力的自由媒体[2]。 二、个人博客的发展现状
单级倒立摆系统的分析与设计
单级倒立摆系统的分析与设计 小组成员：武锦张东瀛杨姣 李邦志胡友辉 一．倒立摆系统简介 倒立摆系统是一个典型的高阶次、多变量、不稳定和强耦合的非线性系统。由于它的行为与火箭飞行以及两足机器人行走有很大的相似性，因而对其研究具有重大的理论和实践意义。由于倒立摆系统本身所具有的上述特点，使它成为人们深入学习、研究和证实各种控制理论有效性的实验系统。 单级倒立摆系统（Simple Inverted Pendulum System）是一种广泛应用的物理模型，其结构和飞机着陆、火箭飞行及机器人的关节运动等有很多相似之处，因而对倒立摆系统平衡的控制方法在航空及机器人等领域有着广泛的用途，倒立摆控制理论产生的方法和技术将在半导体及精密仪器加工、机器入技术、导弹拦截控制系统、航空器对接控制技术等方面具有广阔的开发利用前景。 倒立摆仿真或实物控制实验是控制领域中用来检验某种控制理论或方法的典型方案。最初研究开始于二十世纪50年代，单级倒立摆可以看作是一个火箭模型，相比之下二阶倒立摆就复杂得多。1972年，Sturgen等采用线性模拟电路实现了对二级倒立摆的控制。目前，一级倒立摆控制的仿真或实物系统已广泛用于教学。 二．系统建模 1．单级倒立摆系统的物理模型 图1：单级倒立摆系统的物理模型
单级倒立摆系统是如下的物理模型：在惯性参考系下的光滑水平平面上，放置一个可以在平行于纸面方向左右自由移动的小车（cart ），一根刚性的摆杆（pendulum leg ）通过其末端的一个不计摩擦的固定连接点（flex Joint ）与小车相连构成一个倒立摆。倒立摆和小车共同构成了单级倒立摆系统。倒立摆可以在平行于纸面180°的范围内自由摆动。倒立摆控制系统的目的是使倒立摆在外力的摄动下摆杆仍然保持竖直向上状态。在小车静止的状态下，由于受到重力的作用，倒立摆的稳定性在摆杆受到微小的摄动时就会发生不可逆转的破坏而使倒立摆无法复位，这时必须使小车在平行于纸面的方向通过位移产生相应的加速度。依照惯性参考系下的牛顿力学原理，作用力与物体位移对时间的二阶导数存在线性关系，单级倒立摆系统是一个非线性系统。 各个参数的物理意义为： M — 小车的质量 m — 倒立摆的质量 F — 作用到小车上的水平驱动力 L — 倒立摆的长度 x — 小车的位置 θ— 某一时刻摆角 整个倒立摆系统就受到重力、驱动力和摩擦阻力的三个外力的共同作用。这里，驱动力F 是由连接小车的传动装置提供，控制倒立摆的稳定实际上就是依靠控制驱动力F 使小车在水平面上做与倒立摆运动相关的特定运动。为了简化模型以利于仿真，假设小车与导轨以及摆杆与小车铰链之间的摩擦均为0。 2．单级倒立摆系统的数学模型 令小车的水平位移为x ，运动速度为v ，加速度a 。 小车的动能为212kc E Mx =，选择特定的参考平面使得小车的势能为0。 摆杆的长度为L ，某时刻摆角为θ，在摆杆上与固定连接点距离为q （0 河南工业大学《现代控制理论》实验报告 专业: 自动化 班级: F1203 姓名: 蔡申申 学号:201223910625完成日期：2015年1月9日 成绩评定: 一、实验题目： 状态反馈控制器设计 二、实验目的 1. 掌握状态反馈和输出反馈的概念及性质。 2. 掌握利用状态反馈进行极点配置的方法。学会用MATLAB 求解状态反馈矩阵。 3. 掌握状态观测器的设计方法。学会用MATLAB 设计状态观测器。 三、实验过程及结果 1. 已知系统 u x x ??????????+??????????--=111100020003. []x y 3333 .02667.04.0= （1）求解系统的零点、极点和传递函数，并判断系统的能控性和能观测性。 A=[-3 0 0;0 2 0;0 0 -1];B=[1;1;1];C=[0.4 0.266 0.3333]; [z p k]=ss2zp(A,B,C,0) 系统的零极点： z = 1.0017 -1.9997 p = -3 -1 2 k = 0.9993 [num den]=ss2tf(A,B,C,0) num = 0 0.9993 0.9973 -2.0018 den = 1 2 -5 -6 系统的传递函数： G1=tf(num,den) G1 = 0.9993 s^2 + 0.9973 s - 2.002 ----------------------------- s^3 + 2 s^2 - 5 s - 6 Continuous-time transfer function. Uc=ctrb(A,B); rank(Uc) ans = 3 满秩，系统是能控的。 Vo=obsv(A,C); rank(Vo) ans = 3 满秩，系统是能观的。 （2）分别选取K=[0 3 0]，K=[1 3 2]，K=[0 16 /3 –1/3]（实验中只选取其中一个K为例）为状态反馈矩阵，求解闭环系统的零点、极点和传递函数，判断闭环系统的能控性和能观测性。它们是否发生改变?为什么？ A=[-3 0 0;0 2 0;0 0 -1];B=[1;1;1];C=[0.4 0.266 0.3333];K=[0 3 0]; [z p k]=ss2zp(A-B*K,B,C,0) z = 1.0017 -1.9997 p = -3 -1 -1 k = 0.9993 [num den]=ss2tf(A-B*K,B,C,0);G2=tf(num,den) G2 = 长江大学 毕业设计开题报告 题目名称基于Java的仓库管理系统设计题目类别毕业设计 院（系）计算机科学学院 专业班级网络10701 学生姓名王震 指导教师沈疆海 辅导教师沈疆海 开题报告日期2011/03/06 基于Java的仓库管理系统设计 学生：王震计算机科学学院 老师：沈疆海计算机科学学院 一、题目来源 仓库库存管理是一个企业不可缺少的部分，它的内容对于企业的决策者和管理者来说都至关重要，所以仓库库存管理系统应该能够为用户提供充足的信息和快捷的查询手段。但一直以来人们使用传统人工的方式管理仓库中的各种物资设备，这种管理方式存在着许多缺点，如：效率低、另外时间一长，将产生大量的文件和数据，这对于查找、更新和维护都带来了不少的困难。 使用计算机对物资信息进行管理有着手工管理所无法比拟的优点。例如：检索迅速、查找方便、可靠性高、存储量大、保密性好、寿命长、成本低等。这些优点能够极大地提高仓库管理的效率，也是企业的科学化、正规化管理的重要条件。 二、研究目的和意义 这是一个互联网的时代，所有企业都面临着互联网浪潮的强力冲击，电子商务无论从技术实现还是社会大背景都日益成熟。企业对企业之间的信息化如何解决？企业电子商务如何实现？这些都是摆在企业企业管理者和信息部门负责人面前实实在在的问题。借助于信息技术手段的创新，规范业务流程，强化仓库管理，对于企业信息化来说是一次良好契机。 在计算机的应用日益普及的今天，在计算机软件渐渐成为生活一部分的时代，在现代企业仓库物流需要电子化管理的现在，一个基于web的智能仓库管理系统呼之欲出。这个系统，既可以减轻仓库管理员的工作负担，理需求，提高了企业内部的管理水平，进而全面提升了企业在市场竞争中的综合竞争力。 三、课题简介： 本系统主要完成对仓库的库存管理，包括入库、出库、库存，员工信息，供应商信息以及密码管理等六个方面。系统可以完成对各类信息的浏览、查询、添加、删除、修改、报表等功能。 控制系统综合设计 倒立摆控制系统 院（系、部）： 组长： 组员 班级： 指导教师： 2014年1月2日星期四 目录 摘要----------------------------------------------------------------------------------3 引言----------------------------------------------------------------------------------3 一、整体方案设计--------------------------------------------------------------3 1、需求-----------------------------------------------------------------------------3 2、目标-----------------------------------------------------------------------------3 3、概念设计----------------------------------------------------------------------3 4、整体开发方案设计---------------------------------------------------------3 5、评估----------------------------------------------------------------------------4 二、系统设计--------------------------------------------------------------------4 （一）系统设计-----------------------------------------------------------------4 1、功能分析----------------------------------------------------------------------4 2、设计规范和约束------------------------------------------------------------6 3、详细设计----------------------------------------------------------------------7 （二）机械系统设计-----------------------------------------------------------8 三、理论分析---------------------------------------------------------------------9 1、控制系统建模----------------------------------------------------------------9 2、时域和频域分析------------------------------------------------------------13 3、设计PID或其他控制器---------------------------------------------------21 四、元器件、设备选型--------------------------------------------------------30 自动控制原理课程设计报告 倒立摆系统的控制器设计 指导教师：谢昭莉 学生：冯莉 学号： 20095099 专业：自动化 班级： 2009 级 3 班 设计日期： 2011.12.12—2011.12.23 重庆大学自动化学院 2011年12月 重庆大学本科学生课程设计任务书 目录 1倒立摆系统的研究背景和意义 (1) 2小车倒立摆系统模型的假设 (1) 3符号说明 (2) 4模型的建立 (2) 4.1牛顿力学法系统分析 (2) 4.2拉氏变换后实际系统的模型 (6) 5开环响应分析 (7) 6根轨迹法设计超前校正装置函数 (9) 6.1校正前倒立摆系统的闭环传递函数的析 (9) 6.2系统稳定性分析 (9) 6.3期望闭环极点的确定 (10) 6.4 超前校正装置传递函数的设计 (11) 6.4.1校正参数计算 (11) 6.4.2控制器的确定 (13) 6.4.3校正装置的改进 (13) 6.4.4Simulink仿真 (15) 7直线一级倒立摆频域法设计 (17) 7.1系统频域响应分析 (17) 7.2频域法控制器设计 (19) 7.2.1控制器的选择 (19) 7.2.2系统开环增益的计算 (19) 7.2.3校正装置的频率分析 (20) 7.2.4控制器转折频域和截止频域的求解 (22) 7.2.5校正装置的确定 (22) 7.2.6Simulink仿真 (24) 8直线一级倒立摆的PID控制设计 (25) 8.1PID简介 (25) 8.2PID控制设计分析 (25) 8.3PID控制器的参数测定 (26) 9总结与体会 (29) 9.1总结 (29) 9.2体会 (29) 10参考文献 (30) 山东科技大学 本科毕业设计（论文）开题报告题目BBS论坛系统的设计与实现 学院名称信息科学与工程学院 专业班级计算机科学与技术08-3班 学生姓名任秀秀 学号200801050519 指导教师赵华 填表时间：二0一二年三月二十日 填表说明 1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。 2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。 3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。装订在左侧。 4.参考文献不少于8篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。 5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。 设计（论文） 题目 BBS论坛系统的设计与实现 设计（论文）类型（划“√”）工程设计应用研究开发研究基础研究其它 √ 一、本课题的研究目的和意义 BBS(电子布告栏系统）是在网上提供交流的手段。它可以用于公告，群组讨论，社区内通信，联系，在线聊天，找工作等，利用网络实时，便捷的特点来方便人们的交流，联系和娱乐。现在各大公司为了方便人员交流纷纷建立内部交流的BBS系统。在BBS上，大家可以对自己所看到的，听到的，想到的任何一件事做出评论。在2012年的今天，BBS上的帖子阅读量上万余次已经算不上惊天动地的大事了。BBS本身早已由原来的娱乐交流工具转化成了一种新兴媒体：网络媒体。我们的网络媒体在不断发展，不断变革。在不断前进的社会中不断增强其影响力与引导力。 鉴于论坛的这些优点，又加之论坛的一些基本特点我曾了解过，而且学过Java开发的相关课程，如《Java程序设计》、《HTML网页设计》、《JSP应用开发技术》、《JavaScript程序设计》、《XML技术应用》以及《企业应用架构设计——Hibernate+Spring》，还在老师的带领下做了简易留言板系统。考虑到个人喜好，所以最后我决定选择Java Web开发——论坛（用户端）系统设计，以这个题目作为我毕业论文，同时也能积累一点开发Java项目的经验，达到锻炼自己在这方面能力的目的。 二、本课题的主要研究内容（提纲） 1、概述 （1）论坛系统设计的历史背景 （2）论坛系统设计的目的及意义 （3）论坛系统设计的可行性 （4）论坛系统设计的局限性 2、系统分析 （1）系统需求分析 （2）功能需求分析 3、数据库设计 （1）数据库设计概述 （2）概念结构设计 （3）物理结构设计 4、详细设计 （1）新用户注册功能的实现 （2）用户登录功能的实现 （3）用户找回密码功能的实现 （4）用户操作功能的实现 5、系统测试 Chapter5 状态反馈控制器设计 控制方式有“开环控制”、“闭环控制”。“开环控制”就是把一个确定的信号（时间的函数）加到系统输入端，使系统具有某种期望的性能。然而，由于建模中的不确定性或误差、系统运行过程中的扰动等因素使系统产生一些意想不到的情况，这就要求对这些偏差进行及时修正，这就是“反馈控制”。在经典控制理论中，我们依据描述控制对象输入输出行为的传递函数模型来设计控制器，因此只能用系统输出作为反馈信号，而在现代控制理论中，则主要通过更为广泛的状态反馈对系统进行综合。 通过状态反馈来改变和控制系统的极点位置可使闭环系统具有所期望的动态特性。利用状态反馈构成的调节器，可以实现各种目的，使闭环系统满足设计要求。参见138P 例5.3.3，通过状态反馈的极点配置，使闭环系统的超调量%5≤p σ，峰值时间（超调时间）s t p 5.0≤，阻尼振荡频率10≤d ω。 5.1 线性反馈控制系统的结构与性质 设系统),,(C B A S =为 Bu Ax x += Cx y = （5-1） 图5-1 经典控制-输出反馈闭环系统 经典控制中采用输出(和输出导数)反馈（图5-1）： v Fy u +-= F 为标量，v 为参考输入 （5-2） Bv x BFC A v Fy B Ax Bu Ax x +-=+-+=+=）（）（ 可见，在经典控制中，通过适当选择F ，可以利用输出反馈改善系统的动态性能。 现代控制中采用状态反馈（图5-1）： v Kx u +-=，n m K ?~ （K 的行=u 的行，K 的列=x 的行）称为状态反馈增益矩阵。 状态反馈后的闭环系统),,(C B A S K K =的状态空间表达式为 Bv x A Bv x BK A x K +=+-=)( Cx y = （5-3） 式中： BK A A K -≡ （5-4） 控制系统课程设计---直线一级倒立摆控制器设计 H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 课程名称：控制系统设计课程设计 设计题目：直线一级倒立摆控制器设计 院系： 班级： 设计者： 学号： 指导教师：罗晶周乃馨 设计时间：2013.9.2——2013.9.13 哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓名：院（系）：英才学院 专业：班号： 任务起至日期：2013 年9 月 2 日至2013 年9 月13 日 课程设计题目：直线一级倒立摆控制器设计 已知技术参数和设计要求： 本课程设计的被控对象采用固高公司的直线一级倒立摆系统GIP-100-L。 系统内部各相关参数为： M小车质量0.5 Kg ；m摆杆质量0.2 Kg ；b小车摩擦系数0.1 N/m/sec ；l摆杆转动轴心到杆质心的长度0.3 m ；I摆杆惯量0.006 kg*m*m ；T采样时间0.005 秒。 设计要求： 1．推导出系统的传递函数和状态空间方程。用Matlab 进行阶跃输入仿真，验证系统的稳定性。 2．设计PID控制器，使得当在小车上施加0.1N的脉冲信号时，闭环系统的响应指标为： （1）稳定时间小于5秒； （2）稳态时摆杆与垂直方向的夹角变化小于0.1 弧度。 3．设计状态空间极点配置控制器，使得当在小车上施加0.2m的阶跃信号时，闭环系统的响应指标为：（1）摆杆角度θ和小车位移x的稳定时间小于3秒 （2）x的上升时间小于1秒 （3）θ的超调量小于20度（0.35弧度） （4）稳态误差小于2%。 工作量： 1. 建立直线一级倒立摆的线性化数学模型； 2. 倒立摆系统的PID控制器设计、MATLAB仿真及 实物调试； 3. 倒立摆系统的极点配置控制器设计、MATLAB仿 真及实物调试。 开题报告 毕业论文题目：图书馆管理系统的设计与实现 学校名称： 专业名称： 学生姓名： 学习中心： 学号： 指导老师： 日期： 1、选题目的和意义 （1）选题的目的和意义 图书是最丰富、最宝贵的信息源和知识源。记载和收集了人类社会的文明 史，它为人类社会的科技进步、社会的发展提供了巨大的推动作用。为人类的进步，人类的文明做出了巨大的贡献。在科学技术迅猛发展的今天，在即将到来的信息社会和知识经济时代，人们对图书的需求也就更为迫切。 随着网络的发展，许多行业都进入了信息化。对于传统的图书馆而言，也出现了许多的网上图书馆，方便了读者和管理人员。由于手工的图书管管理工作量大、任务多、服务局限性等等，给学生和老师带来了很多的不便。设计图书馆的管理系统可以提高图书管管理的效率；降低工作人员的工作量；完善图书馆的各项功能。网上图书馆系统应该具有出借还子系统、查询子系统、电子图书下载子系统、留言板以及系统维护子系统等，这几个子系统包括了图书馆管理的主要业务工作，可以全面实现对图书馆的查询、借还、下载、留言等在线功能实现。考虑到图书馆各项业务当中的存在的具体问题系统为各个层次的用户在实际操作方面加强了方便性，在业务规则实现方面更加注重智能化，使用户在使用当中更轻松，在系统进入直接的只明途径，这样更加有助于全面提高图书馆的管理效率，改善了书刊的科学管理及工作人员的管理，图书馆各类功能全面实现。 图书管理系统的建立，需要进行用户需求调查与分析，以确定系统目标，提出解决问题的详细方案，这是系统建设的重要环节。要想使图书管理客户能方便的使用系统，功能上对系统的要求是全面的。利用计算机的自动化处理，可方便快捷地共享信息、交流信息，高效地工作。 “电子商务”这个概念起源与20世纪70年代。当时国际上一些大公司可通过建立自己的计算机网络以实现各个机构之间、商业伙伴的信息共享，这个过程称为 EDI。 EDI这种方式通过传递标准数据流不仅可以避免人为失误，而且能有效降低成本，提高效率。在过去30年中，世界1000个最大企业中，有95﹪以上使用了或还在使用这一技术。 EDI无论过去现在也是图书管理的基础。 图书管理,即在信息社会中,掌握信息技术和商务规则,利用电子工具和网 络从事的图书活动,随着网络技术的成熟,网上银行,网上商店等将逐步替代传统商务活动。图书管理以其公平,快捷,方便,高效,成本低,中间环节少,全球性,全天候交易和服务等巨大优势,已经开始赢得人们的青睐。 “图书管理”是由 IBM公司于1998年率先提出并迅速得到广泛认同。包括网络广告、在线电子服务等内容，涵盖了过去、现在和未来所有电子形式实现的商务活动手段。随着时代发展、计算机及网络产品、互联网技术、安全支付等图书管理的支撑技术在图书管理应用的大潮中产生质的飞跃。它不仅局限带 自动控制原理课程设计说明书 基于双闭环PID控制的一阶倒立摆控 制系统设计 姓名： 学号： 学院： 专业： 指导教师： 2018年 1月 目录 1 任务概述 (3) 1.1设计概述 (3) 1.2 要完成的设计任务： (3) 2系统建模 (4) 2.1 对象模型 (4) 2.2 模型建立及封装 (4) 3仿真验证 (9) 3.1 实验设计 (9) 3.2 建立M文件编制绘图子程序 (9) 4 双闭环PID控制器设计 (12) 4.1内环控制器的设计 (13) 4.2外环控制器的设计 (14) 5 仿真实验 (15) 5.1简化模型 (15) 5.2 仿真实验 (17) 6 检验系统的鲁棒性 (18) 6．1 编写程序求系统性能指标 (18) 6.2 改变参数验证控制系统的鲁棒性 (19) 7 结论 (22) 附录 (22) 1 任务概述 1.1设计概述 如图1 所示的“一阶倒立摆控制系统”中，通过检测小车位置与摆杆的摆动角，来适当控制驱动电动机拖动力的大小，控制器由一台工业控制计算机(IPC)完成。 图1 一阶倒立摆控制系统 这是一个借助于“SIMULINK封装技术——子系统”，在模型验证的基础上，采用双闭环PID控制方案，实现倒立摆位置伺服控制的数字仿真实验。 1.2 要完成的设计任务： (1)通过理论分析建立对象模型（实际模型），并在原点进行线性化，得到线性化模型；将实际模型和线性化模型作为子系统，并进行封装，将倒立摆的振子质量 m和倒摆长度L作为子系统的参数，可以由用户根据需要输入； (2)设计实验，进行模型验证； (3)一阶倒立摆系统为“自不稳定的非最小相位系统”。将系统小车位置作为“外环”，而将摆杆摆角作为“内环”，设计内化与外环的PID控制器； (4)在单位阶跃输入下，进行SIMULINK仿真; (5)编写绘图程序，绘制阶跃响应曲线，并编程求解系统性能指标：最大超调量、调节时间、上升时间； (6)检验系统的鲁棒性：将对象的特性做如下变化后，同样在单位阶跃输入下，检验所设计控制系统的鲁棒性能，列表比较系统的性能指标（最大超调量、调节时间、上升时间）。 倒摆长度L不变，倒立摆的振子质量m从1kg分别改变为1.5kg、2kg、2.5kg、0.8kg、0.5kg； 倒立摆的振子质量m不变，倒摆长度L从0.3m分别改变为0.5m、0.6m、0.2m、0.1m。 2系统建模 2.1 对象模型 一阶倒立摆的精确模型的状态方程为： 若只考虑θ在其工作点 = 0附近的细微变化，这时可以将模型线性化，这时可以近似认为： 一阶倒立摆的简化模型的状态方程为： 2.2 模型建立及封装 上边的图是精确模型，下边的是简化模型。 控制工程学院课程实验报告： 现代控制理论课程实验报告 实验题目：状态反馈控制系统的设计与实现 班级自动化（工控）姓名曾晓波学号2009021178 日期2013-1-6 一、实验目的及内容 实验目的： （1 ）掌握极点配置定理及状态反馈控制系统的设计方法； （2 ）比较输出反馈与状态反馈的优缺点； （3 ）训练程序设计能力。 实验内容： （1 ）针对一个二阶系统，分别设计输出反馈和状态反馈控制器；（2 ）分别测出两种情况下系统的阶跃响应； （3 ）对实验结果进行对比分析。 二、实验设备 装有的机一台 三、实验原理 一个控制系统的性能是否满足要求，要通过解的特征来评价，也就是说当传递函数是有理函数时，它的全部信息几乎都集中表现为它的极点、零点及传递函数。因此若被控系统完全能控，则可以通过状态反馈任意配置极点，使被控系统达到期望的时域性能指标。 闭环系统性能与闭环极点（特征值）密切相关，在状态空间的分析和综合中，除了利用输出反馈以外，主要利用状态反馈来配置极点，它能提供更多的校正信息。 (一) 利用状态反馈任意配置闭环极点的充要条件是：受控系统可控。 设（ ）受控系统的动态方程为 状态向量x 通过状态反馈矩阵k ，负反馈至系统参考输入v ，于是有 这样便构成了状态反馈系统，其结构图如图1-1所示 图1-1 状态反馈系统结构图 状态反馈系统动态方程为 闭环系统特征多项式为 ()()f I A bk λλ=-+ （1-2） 设闭环系统的期望极点为1λ，2λ，…，n λ，则系统的期望特征多项式 x b v u 1 s C A k - y x & 为 )())(()(21*n f λλλλλλλ---=Λ （1-3） 欲使闭环系统的极点取期望值，只需令式（1-2）和式（1-3）相等，即 )()(* λλf f = （1-4） 利用式（1-4）左右两边对应λ的同次项系数相等，可以求出状态反馈矩阵 []n k k k Λ 2 1 =k (二) 对线性定常连续系统∑(),若取系统的输出变量来构成反馈,则所得到的闭环控制系统称为输出反馈控制系统。输出反馈控制系统的结构图如图所示。 开环系统状态空间模型和输出反馈律分别为 H 为r ＊m 维的实矩阵,称为输出反馈矩阵。 则可得如下输出反馈闭环控制系统的状态空间模型: 输出反馈闭环系统可简记为H(),其传递函数阵为: (s)()-1B B ? A C H y - x u v + + + x ' 开环系统 A B C H '=+?? =?=-+x x u y x u y v ()A BHC B C '=-+??=? x x v y x 基于双闭环PID控制的一阶倒立摆控制系统设计 一、设计目的 倒立摆是一个非线性、不稳定系统，经常作为研究比较不同控制方法的典型例子。设计一个倒立摆的控制系统，使倒立摆这样一个不稳定的被控对象通过引入适当的控制策略使之成为一个能够满足各种性能指标的稳定系统。 、设计要求 倒立摆的设计要求是使摆杆尽快地达到一个平衡位置，并且使之没有 大的振荡和过大的角度和速度。当摆杆到达期望的位置后，系统能克服随机扰动而保持稳定的位置。实验参数自己选定，但要合理符合实际情况，控制方式为双PID控制，并利用MATLAB进行仿真，并用simulink对相应的模块进行仿真。 二、设计原理 倒立摆控制系统的工作原理是：由轴角编码器测得小车的位置和摆杆相对垂直方向的角度，作为系统的两个输出量被反馈至控制计算机。计算机根据一定的控制算法，计算出空置量，并转化为相应的电压信号提供给驱动电路，以驱动直流力矩电机的运动，从而通过牵引机构带动小车的移动来控制摆杆和保持平衡。 四、设计步骤 首先画出一阶倒立摆控制系统的原理方框图一阶倒立摆控制系统示意图如图所示： 工业控制计算机电动机驱动器一阶倒立摆 一阶倒立摆控制系统动态结构图 F面的工作是根据结构框图，分析和解决各个环节的传递函数! 1. 一阶倒立摆建模 在忽略了空气流动阻力，以及各种摩擦之后，可将倒立摆系统抽象成小车和匀质杆组成的系统，如下图所示, 其中： M小车质量 m为摆杆质量 J :为摆杆惯量 F:加在小车上的力 x :小车位置 摆杆与垂直向上方向的夹角 l :摆杆转动轴心到杆质心的长度 根据牛顿运动定律以及刚体运动规律，可知: (1) 摆杆绕其重心的转动方程为 J鎳F y lsin 二- F x l cos： (1) (2) 摆杆重心的运动方程为 F x d2 (x l sin r) 彳『=mg-m d2 d2t 五邑大学 电子系统设计开题报告 题目：心率测试仪 院系信息工程学院 专业电子信息工程 学号 学生姓名 指导教师 开题报告日期 五邑大学教务处制 2011年8月 一、课题来源、国内外研究现状与水平及研究意义、目的。 1． 课题来源 电子设计要求:心率测试仪 2． 国内外研究现状与水平 便携式医疗设备正不断改进数以百万计患者的医疗保健条件。现在外国的先进运动手表甚至能够无线记录用户的心率。未来，还将有 众多能显著改善医疗实施及其效果的创新型医疗应用产品。 满足便携式医疗领域的微处理器需求给半导体企业带来了挑战。虽然工程设计无外乎是在相对立的功能、规范以及空间限制条件之间进行取舍，但是这种平衡取舍在便携式医疗领域往往非常棘手。医疗市场的相关需求往往很难协调，如小尺寸与高功能性、低功耗与高性能模拟，以及超长电池使用寿命与高处理能力等。这些产品需要模数转换器 (ADC)、可调节增益、电源管理以及液晶显示屏 (LCD) 等。这些都将是需要我们更多的去研究和发展。 3． 研究意义和目的 以往专门测量心率值的仪器较少，人们为了知道自己的运动或者劳动强度是否超负荷，尤其是老年人或运动员等，他们都得赶到医院而不能实时测量和预知。为了观测“预防为主”的方针，为了实现人人能享受基本医疗保健的目标，把过去的以医院为轴心的医疗服务体系过度到以家庭为基础的社区卫生服务体系已成为必然趋势。所以便携式医疗仪器已相继问世。便携式心率测试仪属于一种集轻型化、一体化、可视化等优点的测试仪；同时它适合在家庭和社区条件下使用。心电诊断仪、心率计的应用在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用，它们所记录的心脏活动时的生物电信号，已成为临床诊断的重要依据。该心率仪可用于临床心率监护；并为体力劳动者劳动强度测定、运动员及士兵训练强度测定等提供确凿的和必不可少的生理指标。 二、研究内容，拟采取的研究方法、实验过程、预期成果。 1． 研究内容 将脉搏信号通过传感器转为电压信号，再通过LM324运放将电 压信号放大、用低通滤波电路进行滤波、以及74LS13进行整形等一系列工作，然后利用51系列单片机进行处理计算，1602LCD1显示。 实现快速检测出人体的心率，达到、一体化、可视化等优点于一身的系统。 2． 拟采取的研究方法 了解课题所需知识点，然后翻阅相关芯片资料和教材，通过网页搜索查找相关资料，计算各参数，了解各元器件的功能作用，用Altium Designer设计电路图，用ISIS 7 Professional或Multisim 11.0进行仿真，最后进行实物调试。 Java系统开发设计开题报告 一、问题的提出 Java网上考试系统，是为了配合Java语言的网上教学而设计的。它是Java课件的一个重要组成部分。 二、网络考试系统概述 在网络技术逐渐渗入社会生活各个层面的今天，传统的考试方式也面临着变革，而网络考试则是一个很重要的方向。基于Web技术的网络考试系统可以借助于遍布全球的Internet进行，因此考试既可以在本地进行，也可以在异地进行，大大拓展了考试的灵活性。试卷可以根据题库中的内容即时生成，可避免考试前的压题；而且可以采用大量标准化试题，从而使用计算机阅卷，大大提高阅卷效率；还可以直接把成绩送到数据库中，进行统计、排序等操作。所以现在较好的考试方法为网络考试，试题内容放在服务器上，考生通过姓名、准考证号码和口令进行登录，考试答案也存放在服务器中，这样考试的公平性、答案的安全性可以得到有效的保证。因此，采用网络考试方式将是以后考试发展的趋势。 三、网络考试系统常用的实现技术 网络考试系统的实现技术有多种，可以采用传统的客户机/服务器（C/S）型的MIS型架构，即试题内容放在远程的服务器上，在考试机上安装考试应用程序和数据库客户机配置，因此每次考试时要对机器进行安装、配置，这样一来考务工作比较烦琐；而且考试程序放在客户机上，安全性也受到一定影响。另外一种考试系统采用Web技术实现。Web技术超越了传统的客户机/服务器两层结构，采用了三层体系结构：用户界面层/事务层/数据库层。因此Web结构有着更好的安全性。在用户机上不需要安装任何应用程序，应用程序可以安装在事务层所在的计算机上，试题存放在数据库服务器上（事务层和数据库可以是同一台机器）。 四、本系统拟采用的解决方法（技术） 本系统作为Java课件（网络版）的一个组成部分，要求实现网络考试系统的各项基本功能。从安全性和易维护性考虑，选择了Web实现技术。简单的说就是将系统做成一种B/S模式，可以让用户通过浏览器直接访问位于服务器上的试题以及对系统进行远程维护。 华北电力大学 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名：班级： 所在院系：所在专业： 设计（论文）题目：北京市某体育中心空调系统设计指导教师： 2010年 3 月 30 日 毕业设计（论文）开题报告 北京市某体育中心空调系统设计 1．课题的背景与意义 随着我国人民生活水平的不断提高，购买力增强。近年来修建了不少体育运动建筑，并且向多元化方向发展，建筑规模越来越大。装饰豪华、设施全面、多维服务，集商贸、娱乐、运动、比赛为一体的高级体育运动建筑也层出不穷。 体育建筑的一个流动人口众多的公共场所，室内空气的温湿度、洁净度和新鲜空气量等，对观众和运动员的身体健康影响很大[1]。因此，体育建筑设施的空气环境越来越被卫生部门所重视。我国卫生防疫部门对体育建筑提出了卫生要求，对较大的重点体育馆还进行过监测，对一些已建的大中运动地点要求进行改造，增设通风设施或加建空气调节装置。 体育建筑不断的增多，以及人们对室内空气的温湿度、洁净度和空气品质问题越来越重视 [2]。由于能源的紧缺，节能问题越来越引起人们的重视。因此迫切需要为体育活动场所安装配置节能、健康、舒适的中央空调系统来满足人们对高生活水平的追求。 2．空调系统发展 中央空调系统的分类 一.按负担室内热湿负荷所用的介质可分为: 1.全空气系统 2.全水系统 3.空气-水系统 4.冷剂系统（（1）（2）） 二.按空气处理设备的集中程度可分为: 1.集中式 2.半集中式 三.按被处理空气的来源可分为: 1.封闭式 2.直流式 3. 混合式(一次回风二次回风) 主要组成设备有空调主机(冷热源) 风柜风机盘管等等[3] . 中央空调系统优点 经济节能：主机由微电脑控制，每个区间末端风机盘管可自行调节温度，区间无人时可关闭，系统根据实际负荷做自动化运行，开机计费，不开机不计费，有效节约能源和运行费用。 环保：主机采用水源热泵型机组，电制冷，没有燃烧过程，避免了排污；整个系统为密闭式管路系统，可避免霉菌灰尘等杂质对系统的污染，使环境清新优美，特别适于高档别墅、高级公寓与写字楼的使用。 节约空间：主机体积小巧，不设机房，无需占用设备层，减少公用设施和 自动控制理论课程设计 倒立摆系统的控制器设计 学生姓名： 指导教师：杨欣 班级：自动化7班 重庆大学自动化学院 二O一三年一月 课程设计指导教师评定成绩表 指导教师评定成绩： 指导教师签名：年月日 重庆大学本科学生课程设计任务书 目录 引言 (6) 1 数学建模 (7) 1.1直线一级倒立摆数学模型概述 (7) 1.2直线一级倒立摆的物理模型 (7) 1.3系统实际模型 (9) 2 开环响应分析 (10) 3 根轨迹法设计 (11) 3.1原系统的根轨迹分析 (11) 3.2根轨迹校正 (12) 3.2.1确定期望闭环零极点 (12) 3.2.2设计控制器 (13) 3.2 Simulink仿真 (18) 4 频率特性法 (18) 4.1 频率响应分析 (18) 4.2 频率响应设计 (20) 4.3 Simulink仿真 (24) 5 PID控制分析 (25) 6 总结 (26) 参考文献： (26) 引言 随着科学技术的迅速发展，新的控制方法不断出现，倒立摆系统作为检验新的控制理论及方法有效性的重要实验手段得到广泛研究。倒立摆控制系统是一个典型的非线性、强耦合、多变量和不稳定系统，作为控制系统的被控对象，许多抽象的控制概念都可以通过倒立摆直观地表现出来。倒立摆的控制问题就是使摆杆尽快地达到一个平衡位置，并且使之没有大的振荡和过大的角度和速度。当摆杆到达期望的位置后，系统能客服随机扰动而保持稳定的位置。通过对倒立摆的控制，用来检验新的控制方法是否有较强的处理非线性和不稳定性问题的能力。 其控制方法在军工、航天、机器人和一般工业过程领域中都有着广泛的用途，如机器人行走过程中的平衡控制、火箭发生中的垂直度控制和卫星飞行中的姿态控制等。倒立摆系统按摆杆数量的不同，可分为一级，二级，三级倒立摆等，多级摆的摆杆之间属于自由连接（即无电动机或其他驱动设备）。按照倒立摆的结构类型可以分为：悬挂式、直线、环形、平面倒立摆等。本设计是以直线一级倒立摆为被控对象来进行设计的。通过对直线一级倒立摆系统的研究，不仅可以轻松解决控制中的理论问题，还能将控制理论所涉及的三个基础学科：力学、数学和电学（含计算机）有机的结合起来，在倒立摆系统中进行综合应用。 倒立摆系统的控制策略和杂技运动员顶杆平衡表演的技巧有异曲同工之处，极富趣味性，而且许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性和系统抗干扰能力等等，都可以通过倒立摆系统实验直观的表现出来。学习自动控制理论的学生通过倒立摆系统实验来验证所学的控制理论和算法。现代控制理论实验五、状态反馈控制器设计河南工业大学
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