现代化学进展课程论文——生物质能
生物质能源的利用
摘要：在这个能源危机的时代，生物质能作为新型的可再生能源，具有极其广泛的的应用前景。生物质能来源广泛，木材、及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等都可以作为能源加以利用，从而更能减少他们对环境的污染。生物质能的应用方面很广，可以制备生物柴油、生物乙醇、发电、制沼气，还可以与常规能源制成复合燃料等，虽然在投资成本方面、利用转化率方面有不少欠缺，但相信随着科学技术的进步，生物质能将成为我们的主要能源。
关键词: 能源危机；生物质能；来源；应用
引言
生物质能是以生物质为载体的能量形式，即通过植物的光合作用把太阳能以化学能形式在生物质中储存的一种能源形式。目前，生物质能是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源【1】。生物质能是重要的可再生能源资源，具有资源种类多、分布广的特点，在当今能源日趋紧张的情况下，越来越引起人们的关注。我国是一个农业大国，薪材、秸秆、畜类等农业生物质能非常丰富【2】。
一、生物质能的定义
生物包括动物、植物和微生物【3】。生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。而所谓生物质能（biomass energy ），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。目前，很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中，它是由太阳能转化而来的。有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材、及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍，但目前的利用率不到3%【4】。
二、生物质能的来源
依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。
林业资源：林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等。
农业资源：农业生物质能资源是指农业作物(包括能源作物)；农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆（玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等）；农业加工业的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物
泛指各种用以提供能源的植物，通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。
生活污水和工业有机废水：生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等，其中都富含有机物。
城市固体废物：城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比较复杂，受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。
畜禽粪便：畜禽粪便是畜禽排泄物的总称，它是其他形态生物质（主要是粮食、农作物秸秆和牧草等）的转化形式，包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。
三、生物质能的利用
生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径【5】。生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方式。当前改造热效率仅为10%左右的传统烧柴灶，推广效率可达20%-30%的节柴灶这种技术简单、易于推广、效益明显的节能措施，被国家列为农村新能源建设的重点任务之一。生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件下，使生物质汽化、炭化、热解和催化液化，以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。生物质的生物化学转换包括有生物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等。沼气转化是有机物质在厌氧环境中，通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体即沼气、乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇。
1、厌氧发酵制备沼气：将有机废水(如酒精废醪、制药厂废水、人畜粪便等)置于厌氧发酵罐(或称反应器、沼气池)内,先由发酵细菌将复杂的有机物水解并发酵为有机酸、醇、H2/CO2等产物,尔后由产氢产乙酸菌将发酵产物———有机酸和醇类代谢为乙酸和氢,最后由产CH4菌利用已产生的乙酸和H2/CO2等形成CH4【3】。
2、微生物制取酒精：乙醇的生产主要采用生物发酵法。发酵法生产乙醇的原料主要是淀粉质作物(玉米、小麦、高粱、木薯等)、含糖作物(甘蔗、甜高粱、甜菜等)和纤维质原料(秸秆、木屑、农作物壳皮等)。这些原料经过加工、处理后转化变成微生物可利用的糖类物质，再经发酵过程后提取发酵醪液中的酒精。该工艺的特点是产品纯度比较高，原料可再生【11】。
3、生物制氢
3.1 厌氧消化制氢：秸秆是通过光合作用而生成的生物质，而粪便是食物经过消化吸收后剩余的生物质，它们均含有许多可被微生物代谢利用的营养成分，其元素组成主要为:C、H、O、N、S、P等，其物质组成主要为:纤维素、淀粉、脂肪和蛋白质等，可以通过厌氧过程产生氢气【6】。厌氧消化过程主要分为三个阶段【7-8】:厌氧水解、产氢产酸和产甲烷阶段。在整个厌氧消化过程中，由于三大类菌群的相互协同作用，最终使得复杂的有机物降解为CH4和H2。【7-8】
3.2 生物质气化制氢【10】：生物质气化制氢是普遍认为最具有商业前景的、清洁的生物质制氢技术，它的一般工艺流程为:气化→焦油的催化裂解→一氧化碳的中、低温变换反应→粗气的净化→氢气提纯。该工艺过程存在几点不足之处:①气化温度高(700℃一1200℃)、能耗大、对设备要求高。②工艺长，设备初投资和运营成本高。③该工艺不能完全除去温室气体甲烷，造成资源浪费并引发温室效应。
4、生物柴油：【9】生物柴油是燃料乙醇以外的另一种液体生物质燃料。它是指以油料作物(如麻风树、黄连木等植物)、野生油料作物等植物油脂，以及动物油脂、废餐饮油等为原料油通过酯交换工艺制成的甲酯或乙酯燃料。生物柴油可以替代部分石油等化石资源，具有温室气体排放量少、排放物易于生物降解等特点。生物柴油生产技术经过多年的研究和发展，已经形成比较完备的技术体系和方法，涵盖了化学催化剂法、生物酶催化剂法、无催化剂法(在高温、高压下进行)、常压法和加压法等生产技术[11--12]。其反应原理如下：
植物油生物柴油副产品甘油（注:R',R" ,R" 为烷基或烯烃基）
当前，在生物柴油的研发和利用方面，要改进生物油脂向生物柴油转化的工艺过程，还要寻求廉价的生物油脂来源。木本油料植物(如油茶、麻风树等)抗逆性强、管理容易、出油率高，具有巨大的开发潜力和广阔的发展前景；此外，寻找制备高效的催化剂来提高柴油转化率，降低生产成本，也是当今研究的重要内容。
5、秸秆、城市垃圾发电
6、生物质与煤混合燃烧的燃料：【3】生物质与煤混合燃烧燃料主要用来发电，这种混合燃烧燃料发电主要有两种方式：一种是将生物质原料直接与煤在燃煤锅炉中燃烧，生产蒸汽，带动蒸汽轮机发电；另一种是生物质原料先气化生成可燃气体，再与煤混合在一起燃烧发电。煤与生物质可燃气体混燃技术的关键点在于生物质气化装置，气化设备的优劣决定着混燃质量的好坏。
四、生物质能源的技术的发展
4.1化学转换技术
生物质化学转换最简单的利用方法是直接燃烧。但是,直接燃烧烟尘大,热效率低,能源浪费大。除农村外,一般在城镇不提倡直接燃烧的方法。
4.2生物质压块细密成型技术
将农林剩余物进行粉碎烘干分级处理,放入成型挤压机,在一定的温度和压力下形成较高密度的固体燃料。该方法使用专用技术和设备,在农村有很大的推广价值。
4.3热解技术
生物质热解技术是生物质受高温加热后,其分子破裂而产生可燃气体(一般为CO、H2、CH4等的混合气体)、液体(焦油)及固体(木炭)的热加工过程，此法比一般的直接燃烧法能源利用效率高出4倍，经济可观。
4.4、生物质气化技术【14--15】：生物质气化技术是通过热化学反应,将固态生物质转化为气体燃料的过程。它可以水解发酵制乙醇，生物发电，生物气质化制氢等。
传统的热解气化方法,燃气被焦油和颗粒物所污染,并且燃气热值相对较低,这将极大的影响燃气的后续利用.另外,不能灵活的使用多样化的生物质燃料,并且大规模的生物质应用,在经济和环境上也是不可行的. 利用廉价的生物质产氢,是解决能源危机,实现废物利用,改善环境的有效手段.随着对能源需求量的日益增加,对氢气的需求量也不断加大,改进旧的和开发新的制氢工艺势在必行。
五、前景展望
生物质能的开发利用以生物质固定太阳能作为能量和物质合理流动为基础，随着生物
潜力的不断挖掘，这一能量足以满足人类的需要。此外生物质能转化技术不会带来
CO2和SO2的污染【12】；生物质能作为一种可再生能源,在能源结构系统中的地位越
来越重要.由于化石燃料的不可再生性和使用过程中对环境的影响,生物质能将成为21
世纪的主要能源之一,生物质转化利用技术将成为这一转变的关键.目前有关生物质转
化利用的成套技术已经出现,但是由于实用性和经济性无法统一,导致这些技术大部分
难以普及.随着研究的不断深入,这种状况必定会得以解决.同时也会出现更多的生物
质转化利用新技术. 此外，立足于我国农村现有的生物质资源，研究新型转换技术，
开发新型装备既是农村发展的迫切需要，又是减少排放、保护环境、实施可持续发展
战略的需要。
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现代控制理论课程设计心得【模版】
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项目组成员具体分工
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浅谈现代化学进展 我们已经知道，化学是一门在分子、原子水平上研究物质组成、结构和性能的辩证关系，以及物质、能量转化规律的科学。化学也是一门满足社会需要的中心科学。 现代化学的发展，经历了很长的历史时期。大约五十万年以前，人类掌握了人工取火的技术。这是人类最早的一项化学实践活动，也是人类最早知道的一种化学现象。古代化学是一种实用化学，由它产生的制陶，金属冶炼，火药制造，染色，酿酒等化学工艺，几乎成为古代社会生产力发展的最重要的因素。古代化学在实践的基础上，对物质也有了总体的认识，产生诸多的物质观点，如我国“五行说”，古希腊“四素说”等。 16世纪末至17世纪初，化学理论逐渐建立，英国化学家和物理学家波义耳，提出了科学的元素新概念，把化学确立为一门实验科学。法国化学家拉瓦锡的氧化说，英国化学家和物理学家道尔顿的科学原子说，意大利化学家阿佛加德罗的分子假说，俄国化学家门捷列夫在1869年发现的元素周期律，以及一系列有关物质变化定量规律，如质量守恒定律，当量定律被发现，使化学研究从个别的、零散的和无规律的事实罗列中摆脱出来，近代化学科学逐渐形成了包括：近代无机化学、近代有机化学、近代分析化学和近代物理化学四大独立的分支科学体系。 二十世纪初，物理学科的新发现和新技术特别是相对论和量子力学为现代化学进一步发展概念和定量描述提供了理论依据，将化学和整个自然科学的研究，推进到更深的层次上。现代化学朝着深、细、精，多、综合化的方向发展。现代化学工业的蓬勃发展，化学工业和产品在人类生活和经济活动中具有越来越重要的地位和作用。 现代化学日益丰富并具有以下特点：①研究层面由宏观向微观发展②研究方法由定性向定量发展③研究对象由静态向动态发展④研究结果由描述性向推理性发展这些特点表明了现代化学总的发展趋势是既高度分化又高度综合。其研究的方法，必要博采众长，协同多学科合作进行，以有机整体思维来思考。 现代化学研究的内容可以归纳为三个方面： 第一，深入研究化学反应理论，揭示化学反应的实质，设计最佳的化学反应过程。 第二，提高结构力量水平，致力于寻找或设计最需要、最佳的化合物材料或体系。 第三，发展分析和测试新方法，依靠计算机技术及多学科综合，使化学研究信息趋于更高的灵敏性和可靠性，为高科技发展创造新分子，为社会需要合成特定性能的材料和物质。 长期以来人类利用化学理论知识与方法，不仅能够合成新的物质，也能帮助人们认识自然界发生的各种化学过程，能够正确地使用它们和控制它们。利用化学知识与手段人类已研制出多种新型材料，这些材料不仅推动了科技和经济的进一步发展，还为人类的社会生活带来了极大的方便。 20世纪50年代以来，科学技术的突飞猛进，新材料研究异常活跃。新材料技术既是高新技术的一部分，又时刻为高新技术服务。新材料技术是知识密集、资金密集的新兴产
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实验报告 ( 2016-2017年度第二学期) 名称：《现代控制理论基础》 题目：状态空间模型分析 院系：控制科学与工程学院 班级： ___ 学号： __ 学生姓名： ______ 指导教师： _______ 成绩： 日期： 2017年 4月 15日
线控实验报告 一、实验目的： l.加强对现代控制理论相关知识的理解； 2.掌握用 matlab 进行系统李雅普诺夫稳定性分析、能控能观性分析； 二、实验内容 1 第一题：已知某系统的传递函数为G (s) S23S2 求解下列问题： （1）用 matlab 表示系统传递函数 num=[1]; den=[1 3 2]; sys=tf(num,den); sys1=zpk([],[-1 -2],1); 结果： sys = 1 ------------- s^2 + 3 s + 2 sys1 = 1 ----------- (s+1) (s+2) （2）求该系统状态空间表达式： [A1,B1,C1,D1]=tf2ss(num,den); A = -3-2 10 B = 1 C = 0 1
第二题：已知某系统的状态空间表达式为： 321 A ,B,C 01：10 求解下列问题： （1）求该系统的传递函数矩阵： （2）该系统的能观性和能空性： （3）求该系统的对角标准型： （4）求该系统能控标准型： （5）求该系统能观标准型： （6）求该系统的单位阶跃状态响应以及零输入响应：解题过程： 程序： A=[-3 -2;1 0];B=[1 0]';C=[0 1];D=0; [num,den]=ss2tf(A,B,C,D); co=ctrb(A,B); t1=rank(co); ob=obsv(A,C); t2=rank(ob); [At,Bt,Ct,Dt,T]=canon(A,B,C,D, 'modal' ); [Ac,Bc,Cc,Dc,Tc]=canon(A,B,C,D, 'companion' ); Ao=Ac'; Bo=Cc'; Co=Bc'; 结果： （1） num = 0 01 den = 1 32 （2）能控判别矩阵为： co = 1-3 0 1 能控判别矩阵的秩为： t1 = 2 故系统能控。 （3）能观判别矩阵为： ob = 0 1
现代农业新课程论文
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云南广播电视大学 “一村一” 农村行政管理专业《现代农业新技术》课程论文 论文题目：试析现代农业发展现状及我区现代农业发展的方向学生姓名：和建福 学号： 指导老师：李佳芹 专业：农村行政管理 年级： 2013秋 学校：云南开放大学怒江分院 目录 一、现代农业的概念及特征--------------------------------3 1、现代农业基本概念 ----------------------------------- ----3 2、现代农业的特征-------------------------------------- ----3 二、加快建设现代农业的意义-------------------------------3 1、加快建设现代农业是落实科学发展观的具体体现---------- -----4 2、加快建设现代农业是推进社会主义新农村建设的首要任务-- -----4 3、加快建设现代农业是促进粮食稳定发展、农民持续增收的根本途径 -------4
4、加快建设现代农业是实现农业可持续发展的必由之路------ -----4 三、我区现代农业发展的现状及存在的主要问题---------------4 1、农业科技创新不足，科技转化率低---------------------- -----5 2、农业经营规模小-------------------------------------- -----5 3、农村教育落后，农业科研人才短缺。-------------------- -----5 4、农业产业化经营程度低-------------------------------- -----5 四、我区发展现代农业的思路-------------------------------5 1、改善农业生产条件------------------------------------ -----5 2、培养具有市场意识的现代农民。------------------------ -----6 3、培育特色主导产业，实现一村一品---------------------- -----6 试析现代农业发展现状及我区现代农业发展的方向 摘要 《十二五规划》明确指出：建设社会主义新农村，是党中央的决策。是落实科学发展观、统筹城乡发展、解决“三农”问题的重大举措，也是全面建设小康社会、加快推荐社会主义建设的必然要求。而发展现代农业，是建设社会主义新农村的首要任务，也是促进农业生产发展、农民增收、构建和谐社会的首要前提和主要内容，打破低效、低产的传统农业，走向全新的现代农业，是符合我国当前国情的农业发展新方向。 关键字：现代农业，可持续发展，新农村
现代控制理论概述及实际应用意义
13/2012 59 现代控制理论概述及实际应用意义 王 凡 王思文 郑卫刚 武汉理工大学能源与动力工程学院 【摘 要】控制理论作为一门科学技术，已经广泛地运用于我们社会生活的方方面面。本文介绍了现代控制理论的产生、发展、内容、研究 方法和应用以及经典控制理论与现代控制理论的差异，并介绍现代控制理论的应用。提出了学习现代控制理论的重要意义。【关键词】现代控制理论；差异；应用；意义 1.引言 控制理论作为一门科学技术，已经广泛地运用于我们社会生活的方方面面。例如，我们的教学也使用了控制理论的方法。老师在课堂上讲课，大家在课堂上听，本身可看作一个开环函数；而同学们课下做作业，再通过老师的批改，进而改进和提高老师的授课内容和方法，这就形成了一个闭环控制。像这样的例子很多，都是控制理论在生活中的应用。现代控制理论如此广泛，因此学好现代控制理论至关重要。 2.现代控制理论的产生与发展现代控制理论的产生和发展经过了很长的时期。从现代控制理论的发展历程可以看出，它的发展过程反映了人类由机械化时代进入电气化时代，并走向自动化、信息化、智能化时代。其产生和发展要分为以下几个阶段的发展。 2.1 现代控制理论的产生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，从而对出现的多输入多输出系统、非线性系统和时变系统的分析与设计问题的解决。 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。 2.2 现代控制理论的发展五十年代后期，贝尔曼（Bellman）等人提出了状态分析法；在1957年提出了动态规则；1959年卡尔曼（Kalman）和布西创建了卡尔曼滤波理论；1960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）、麦克法轮（G.J.MacFarlane）和欧文斯（D.H.Owens）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，https://www.360docs.net/doc/116874816.html,ndau）在自适应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。 3.现代控制理论的内容及研究方法 现代控制理论的内容主要有为系统辨识；最优控制问题；自适应控制问题；线性系统基本理论；最佳滤波或称最佳估计。 （1）系统辨识 系统辨识是建立系统动态模型的方法。根据系统的输入输出的试验数据，从一类给定的模型中确定一个被研究系统本质特征等价的模型，并确定其模型的结构和参数。 （2）最优控制问题 在给定约束条件和性能指标下，寻找使系统性能指标最佳的控制规律。主要方法有变分法、极大值原理、动态规划等极大值原理。现代控制理论的核心即：使系统的性能指标达到最优（最小或最大）某一性能指标最优：如时间最短或燃料消耗最小等。 （3）自适应控制问题 在控制系统中，控制器能自动适应内外部参数、外部环境变化，自动调整控制作用，使系统达到一定意义下的最优。模型参考自适应控制
现代控制理论综合设计报告—你懂得
《现代控制理论综合设计报告》 问题重述： 图示为单倒立摆系统的原理图，其中摆的长度l=1m，质量m=0.1kg，通过铰链安装小车上，小车质量M=1kg，重力加速度g=9.8m/s2。控制的目的是当小车在水平方向上运动时，将倒立摆保持在垂直位置上。 分别列写小车水平方向的力平衡方程和摆的转矩平衡方程，通过近似线性化处理建立系统的状态空间表达式； 绘制带状态观测器状态反馈系统的模拟仿真图，要求系统期望的特征值为：-1，-2，-1+j，-1-j；状态观测器的特征值为：-2，-3，-2+j，-2-j； 根据模拟仿真图，分别绘制系统综合前后的零输入响应曲线 本文的仿真实验亮点如下： ●对单倒立摆进行传统的传递函数、状态空间建模，全面分析了单倒立摆的物理性质。 ●在物理模型建立时，强调了角速度θ不能近似为0。 ●建立状态空间表达时，选择位移x和角度θ作为输出，是一个多输出系统。但增加了状 态观测器设计的复杂度。 ●在摆运动过程中，初始扰动角θ可达60度左右；而且调节过程中，倒立摆θ在（-90,90） 范围内变化，符合实际情况。 ●在仿真波形图中，展示了状态观测器的跟踪过程，体现了其在反馈控制中起到的作用。 ●在初始扰动60度下，分别在原始系统、状态反馈系统、带状态观测器反馈系统，进行 了零输入响应、阶跃输入响应的仿真实验。 ●解释了带状态观测器反馈时，阶跃输入，但系统前1秒处于稳态的现象的原因。
1单级倒立摆数学模型的建立 倒立摆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。本设计是以一阶倒立摆为被控对象来进行设计的。 传递函数法：对SISO 系统进行分析设计，在这个系统中θ作为输出，因为它比较直观，作用力u 作为输入。 状态空间法：状态空间法可以进行单输入多输出系统设计，因此在这个实验中，我们将尝试同时对摆杆角度和小车位置进行控制，并给小车加一个阶跃输入信号。 本文利用Matlab ，对系统的传递函数和状态空间进行分析，并用指令计算状态空间的各种矩阵，仿真系统的开环阶跃响应。Matlab 将会给出系统状态空间方程的A,B,C 和D 矩阵，并绘出在给定输入为阶跃信号时系统的响应曲线。 在忽略了空气阻力、各种摩擦之后，可将直线一级倒立摆系统抽象成小车和匀质杆组成的系统。 假设系统内部各相关参数为： φ和θ都表示摆杆与垂直向上方向的夹角 l L 、都表示 摆杆长度 1m M 小车质量 1kg m 摆杆质量 0.1kg x 小车位置 单倒立摆系统力的平衡方程分析 小车、摆杆力的分析图如下所示： 小车的平衡方程：u H Mx -= 摆杆的X 轴方向力的平衡方程：2 2(sin )d H m x l dt θ=+ 摆杆Y 轴方向，力的平衡方程：2 2(lcos )d V mg m dt θ-= 摆杆的转矩平衡方程：sin cos VL HL I θθθ-= 选择摆杆的质心在端点处，则惯性惯量2 12ml I = 方程的线性化处理 当θ很小时，可对方程进行线性化。由于控制的目的当小车在水平方向上运动时，将倒立摆保持在垂直位置上。在施加合适的外力下，θ比较小，接近于0，sin ,cos 1θθθ→→,对以 上方程进行线性化。但要注意的是，θ不能约等于0，因为摆杆的角速度在实际情况中是比较快的。但对以上方程先求导会产生θ及其平方项，但这些项都和sin θ相乘，于是这些项还是约等于0。另外，如果先线性化，再求导，则不会产生以上需要考虑的问题。线性化后方程如下：
现代控制理论的论文
第一章经典控制理论和现代控制理论 本学期学习了现代控制理论课程的主要内容，现代控制理论建立在状态空间法基础上的一种控制理论，是自动控制理论的一个主要组成部分。在现代控制理论中，对控制系统的分析和设计主要是通过对系统的状态变量的描述来进行的，基本的方法是时间域方法。现代控制理论比经典控制理论所能处理的控制问题要广泛得多，包括线性系统和非线性系统，定常系统和时变系统，单变量系统和多变量系统。它所采用的方法和算法也更适合于在数字计算机上进行。现代控制理论还为设计和构造具有指定的性能指标的最优控制系统提供了可能性。现代控制理论的名称是在1960年以后开始出现的，用以区别当时已经相当成熟并在后来被称为经典控制理论的那些方法。现代控制理论已在航空航天技术、军事技术、通信系统、生产过程等方面得到广泛的应用。现代控制理论的某些概念和方法，还被应用于人口控制、交通管理、生态系统、经济系统等的研究中。 以下是经典控制理论和现代控制理论的比较： 1、经典控制理论： (1)理论基础：Evens的根轨迹，Nyquist稳定判据。 (2)研究对象：线性定常SISO系统分析与设计。 (3)分析问题：稳、准、快 (4)采用方法：是以频率域中传递函数为基础的外部描述方法。 (5)数学描述：高阶微分方程、传递函数、频率特性;方块图、信号流图、频率特性曲线。 (6)研究方法：时域法、根轨迹法、频率法。 2、现代控制理论： (1)理论基础：李雅普诺夫稳定性理论，Bellman动态规划，Понтрягин极值原理，Kalman 滤波。 (2)研究对象：MIMO系统分析与设计（复杂系统：多变量、时变、非线性） (3)分析问题：稳、准、快 (4)设计（综合）问题： 1)采用方法：是以时域中（状态变量）描述系统内部特征的状态空间方法为基础的内部描述方法。 2)数学描述：状态方程及输出方程、传递函数阵、频率特性；状态图、信号流图、频率特性曲线。 3)研究方法：状态空间法（时域法）、频率法。多采用计算机软硬件教学辅助设计——MATLAB软件 (5)特点： 1）系统：MIMO、非线性、时变。 2）方法将矩阵理论和方法应用到控制理论中，不仅能描述系统的输入与输出之间的关系，而且在任何初始条件下，都能揭示系统内部的行为。 3）一个复杂系统可能有多个输入和多个输出，并且以某种方式相互关联或耦合。为了分析这样的系统，必须简化其数学表达式，转而借助于计算机来进行各种大量而乏味的分析与计算。从这个观点来看，状态空间法对于系统分析是最适宜的。
控制科学发展前沿课程论文报告
研究生课程论文封面 课程名称控制科学发展前沿讲座教师姓名 研究生姓名 研究生学号 研究生专业 所在院系自动化学院 类别: 硕士 日期:
对智能控制技术的认识 1 引言 随着计算机、材料、能源等现代科学技术的迅速发展和生产系统规模不断扩大，形成了复杂的控制系统，导致了控制对象、控制器、控制任务等更加复杂。与此同时，对自动化程度的要求也更加广泛，面对来自柔性控制系统(FMS)、智能机器人系统(IRS)、数控系统(CNS)、计算机集成制造系统(CIMS)等复杂系统的挑战，经典的与现代的控制理论和技术已不适应复杂系统的控制。智能控制是在控制论、信息论、人工智能、仿生学、神经生理学及计算机科学发展的基础上逐渐形成的一类高级信息与控制技术。智能控制是自动控制发展的高级阶段。 2 背景和意义 现代科学技术的迅速发展，生产系统的规模越来越大，形成了复杂的大系统，导致了控制对象、控制器以及控制任务和目的的日益复杂化。别一方面，人类对自动化的要求也更加广泛，面对来自旬电力系统、工业生产过程控制系统、智能机器人系统、计算机集成制造系统（CIMS）、核电站安全运行控制、航空航天及军事指挥系统等复杂性系统的挑战，传统的自动控制理论和方法显得已不适应于复杂系统的控制。能否建立新一代的控制理论方法来解决复杂系统的控制问题，已成为各国控制学术界所共同关心的热门研究课题。 近年来人们开始认识到，在许多系统中，复杂性不仅仅表现在高维性上，更多则表现在：（1）被控对象模型的不确定必；（2）系统信息的模糊性，信息模式；（3）高度非线性；（4）输入（传感器）信息的多样化；（5）多层次、多目标的控制要求；（6）计算复杂性和庞大的数据处理以及严格性能指标。自然，对于复杂系统需要在传统的控制理论基础上结合其它学科的知识，建立一种更有力的控制理论和方法，以解决上述提到的问题。智能控制就是在这种背景下提出和形成的。 人类对智能机器及其控制的幻想与追求已有三千多年的历史，然而，真正的智能机器只有在计算机技术和人工智能技术发展的基础上才能成为可能。人工智
现代控制理论实验报告河南工业大学
河南工业大学 现代控制理论实验报告姓名：朱建勇 班级：自动1306 学号：201323020601
现代控制理论 实验报告 专业: 自动化 班级: 自动1306 姓名: 朱建勇 学号: 201323020601 成绩评定: 一、实验题目： 线性系统状态空间表达式的建立以及线性变换 二、实验目的 1. 掌握线性定常系统的状态空间表达式。学会在MATLAB 中建立状态空间模型的方法。 2. 掌握传递函数与状态空间表达式之间相互转换的方法。学会用MATLAB 实现不同模型之 间的相互转换。 3. 熟悉系统的连接。学会用MATLAB 确定整个系统的状态空间表达式和传递函数。 4. 掌握状态空间表达式的相似变换。掌握将状态空间表达式转换为对角标准型、约当标准 型、能控标准型和能观测标准型的方法。学会用MATLAB 进行线性变换。 三、实验仪器 个人笔记本电脑 Matlab R2014a 软件 四、实验内容 1. 已知系统的传递函数 (a) ) 3()1(4)(2++=s s s s G
(b) 3486)(22++++=s s s s s G
(c) 6 1161)(232+++++=z z z z z z G （1）建立系统的TF 或ZPK 模型。 （2）将给定传递函数用函数ss( )转换为状态空间表达式。再将得到的状态空间表达式用函 数tf( )转换为传递函数，并与原传递函数进行比较。 （3）将给定传递函数用函数jordants( )转换为对角标准型或约当标准型。再将得到的对角 标准型或约当标准型用函数tf( )转换为传递函数，并与原传递函数进行比较。 （4）将给定传递函数用函数ctrlts( )转换为能控标准型和能观测标准型。再将得到的能控标 准型和能观测标准型用函数tf( )转换为传递函数，并与原传递函数进行比较。
现代化学进展课程论文——生物质能
生物质能源的利用 摘要：在这个能源危机的时代，生物质能作为新型的可再生能源，具有极其广泛的的应用前景。生物质能来源广泛，木材、及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等都可以作为能源加以利用，从而更能减少他们对环境的污染。生物质能的应用方面很广，可以制备生物柴油、生物乙醇、发电、制沼气，还可以与常规能源制成复合燃料等，虽然在投资成本方面、利用转化率方面有不少欠缺，但相信随着科学技术的进步，生物质能将成为我们的主要能源。 关键词: 能源危机；生物质能；来源；应用 引言 生物质能是以生物质为载体的能量形式，即通过植物的光合作用把太阳能以化学能形式在生物质中储存的一种能源形式。目前，生物质能是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源【1】。生物质能是重要的可再生能源资源，具有资源种类多、分布广的特点，在当今能源日趋紧张的情况下，越来越引起人们的关注。我国是一个农业大国，薪材、秸秆、畜类等农业生物质能非常丰富【2】。 一、生物质能的定义 生物包括动物、植物和微生物【3】。生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。而所谓生物质能（biomass energy ），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。目前，很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中，它是由太阳能转化而来的。有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材、及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍，但目前的利用率不到3%【4】。 二、生物质能的来源 依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。 林业资源：林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等。 农业资源：农业生物质能资源是指农业作物(包括能源作物)；农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆（玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等）；农业加工业的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物
现代农业毕业论文范文精选
现代农业毕业论文范文精选 导读：我根据大家的需要整理了一份关于《现代农业毕业论文范文精选》的内容，具体内容：我国是农业大国，农业的发展对于我国的经济有着重要的意义。下面是我为大家推荐的农业毕业论文，供大家参考。农业毕业论文篇一：《农业经济财政支农资金分析》1前言农... 我国是农业大国，农业的发展对于我国的经济有着重要的意义。下面是我为大家推荐的农业毕业论文，供大家参考。 农业毕业论文篇一：《农业经济财政支农资金分析》 1前言 农业是安天下、稳民心的战略产业，是一切产业发展的源头和母体，也是当前保增长、保民生的基础。支农资金的投入是解决"三农"问题的物质基础，是新农村建设和发展现代化农业取得成效的重要保障。要实现科学跨越的战略目标，必须牢固树立农业是基本国情的观念，完善财政支农资金管理，加快推进现代农业发展，从更高层次上夯实农业基础，打牢农业根基，有效促进农业经济发展。 2明确分工负责，落实管理责任 对财政支农资金的分配、拨付和项目管理严格实行"领导负责制"，明确各乡镇政府党政"一把手"对本乡镇财政支农项目的可研论证、申报和资金安全运行、使用绩效等负第一责任;项目主管部门负责人对财政支农项目的确立、资金安排、项目监管等负第一责任;财政部门负责人对专项资金拨付和财务管理负第一责任。严格实行财政支农项目和资金管理责任追究
制度，财政局和项目主管部门明确职能分工，加强相互监督，审计局依法审计监督财政支农资金，对违规、违纪使用财政支农资金，给国家和群众造成重大损失的，依法追究行政责任和法律责任。同时，实行专账管理，确保资金安全。以县为单位，财政下拨到县直各部门、各乡镇的财政支农资金，都必须建立专账。严禁将财政支农资金和单位预算资金合并使用;严禁将财政支农资金直接划拨到乡、镇政府或借调到县直主管部门使用。对财政扶贫、义务教育、退耕还林补助资金、粮食"三项补贴"等各项财政支农资金，由县财政部门在国库设立"财政支农资金专户"，实行专户管理，专账核算，封闭运行。 3撬动社会资金投入 以财政支农资金整合为契机，不断改进整合资金的引导和支持方式，充分发挥财政资金的引导作用和财政政策的导向作用，调动民间、信贷、企业等社会资金投入"三农"的积极性。利用补助、奖励、贷款贴息等办法，鼓励、引导、吸引民间资金投入"三农"，形成在政府投入的带动下，主要依靠农民自己投工、投资改善农村生产生活条件的有效机制。大力推行财政担保、财政贴息等支农方式，鼓励农产品加工企业及农民群众借贷发展，吸引金融、信贷资金投入"三农"。 4整合财政支农资金 近几年，由于政府对农业的投入渠道较多，造成"三农"资金在分配使用、实施范围等方面条块分割、重复投入，影响了资金的投放效益。只有以资金整合为突破口，以协调部门管理和减少资金周转环节为重点，对各类资金进行统筹安排、捆绑使用，才能提高资金使用效益。过去支农资金以分
现代控制理论----综述论文-2015
2015级硕士期末论文《现代控制理论综述》 课程现代控制理论姓名 学号 专业 2016 年1 月 4 日
经典控制理论与现代控制理论的差异 现代控制理论是建立在状态空间法基础上的一种控制理论，是自动控制理论的一个主要组成部分。在现代控制理论中，对控制系统的分析和设计主要是通过对系统的状态变量的描述来进行的，基本的方法是时间域方法。现代控制理论比经典控制理论所能处理的控制问题要广泛得多，包括线性系统和非线性系统，定常系统和时变系统，单变量系统和多变量系统。它所采用的方法和算法也更适合于在数字计算机上进行。现代控制理论还为设计和构造具有指定的性能指标的最优控制系统提供了可能性。现代控制理论的名称是在1960年以后开始出现的，用以区别当时已经相当成熟并在后来被称为经典控制理论的那些方法。现代控制理论已在航空航天技术、军事技术、通信系统、生产过程等方面得到广泛的应用。现代控制理论的某些概念和方法，还被应用于人口控制、交通管理、生态系统、经济系统等的研究中。 现代控制理论是在20世纪50年代中期迅速兴起的空间技术的推动下发展起来的。空间技术的发展迫切要求建立新的控制原理，以解决诸如把宇宙火箭和人造卫星用最少燃料或最短时间准确地发射到预定轨道一类的控制问题。这类控
制问题十分复杂，采用经典控制理论难以解决。1958年，苏联科学家Л.С.庞特里亚金提出了名为极大值原理的综合控制系统的新方法。在这之前，美国学者R.贝尔曼于1954年创立了动态规划，并在1956年应用于控制过程。他们的研究成果解决了空间技术中出现的复杂控制问题，并开拓了控制理论中最优控制理论这一新的领域。1960～1961年，美国学者R.E.卡尔曼和R.S.布什建立了卡尔曼-布什滤波理论，因而有可能有效地考虑控制问题中所存在的随机噪声的影响，把控制理论的研究范围扩大，包括了更为复杂的控制问题。几乎在同一时期内，贝尔曼、卡尔曼等人把状态空间法系统地引入控制理论中。状态空间法对揭示和认识控制系统的许多重要特性具有关键的作用。其中能控性和能观测性尤为重要，成为控制理论两个最基本的概念。到60年代初，一套以状态空间法、极大值原理、动态规划、卡尔曼-布什滤波为基础的分析和设计控制系统的新的原理和方法已经确立，这标志着现代控制理论的形成。 现代控制理论所包含的学科内容十分广泛，主要的方面有：线性系统理论、非线性系统理论、最优控制理论、随机控制理论和适应控制理论。 线性系统理论是现代控制理论中最为基本和比较成熟的一个分支，着重于研究线性系统中状态的控制和观测问题，其基本的分析和综合方法是状态空间法。按所采用的数学工具，线性系统理论通常分成为三个学派：基于几何概念和方法的几何理论，代表人物是W.M.旺纳姆;基于抽象代数方法的代数理论，代表人物是R.E.卡尔曼；基于复变量方法的频域理论，代表人物是H.H.罗森布罗克。 非线性系统理论的分析和综合理论尚不完善。研究领域主要还限于系统的运动稳定性、双线性系统的控制和观测问题、非线性反馈问题等。更一般的非线性系统理论还有待建立。从70年代中期以来，由微分几何理论得出的某些方法对