發(fā)布時間：2018-06-01 17:35

  本文選題：狀態(tài)反饋 + 四容水箱　； 參考：《北方工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：本文主要工作是使用狀態(tài)反饋的方式,分別使用極點配置的方法和LQR控制的方法設(shè)計控制器,并將控制器應(yīng)用在四容水箱狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)中,實現(xiàn)對水箱液位的控制。首先對四容水箱過程控制系統(tǒng)實驗平臺及涉及到的相關(guān)基礎(chǔ)知識進(jìn)行介紹,主要包括硬件部分、軟件部分、物理模型等幾個方面。根據(jù)物理模型建立四容水箱系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,結(jié)合Simulink搭系統(tǒng)模型,并使用Matlab對系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真,驗證了研究方法的可行性。然后針對四容水箱這一實際被控對象,找出系統(tǒng)合適的工作點,基于工作點上的系統(tǒng)狀態(tài)辨識出四容水箱這一雙輸入雙輸出系統(tǒng)的較為精確的數(shù)學(xué)模型,然后將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換為狀態(tài)空間方程,為后面狀態(tài)反饋的研究建立基礎(chǔ)。本文使用兩種方法設(shè)計狀態(tài)反饋控制器,分別為極點配置的方法和LQR控制方法,使用狀態(tài)反饋的反饋方式構(gòu)建閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)用在四容水箱系統(tǒng)的液位高度控制上。在極點配置的控制設(shè)計部分,使用將多輸入系統(tǒng)化為單輸入系統(tǒng)的極點配置方法,首先判定A矩陣為循環(huán)矩陣,然后按照單輸入系統(tǒng)極點配置方法步驟得到狀態(tài)反饋矩陣K,最后設(shè)計完成狀態(tài)反饋加積分校正的反饋控制系統(tǒng),并分別在Matlab和實驗平臺上驗證控制器的控制效果。在LQR控制設(shè)計部分,選取簡單的Q矩陣和R矩陣,使用線性二次型最優(yōu)控制的方法求取反饋增益矩陣K,并結(jié)合Matlab使用LQI的方法設(shè)計完成一個狀態(tài)反饋的LQR最優(yōu)輸出跟蹤控制系統(tǒng),分別在Matlab和實驗平臺上進(jìn)行驗證,取得了較好的控制效果。
[Abstract]:The main work of this paper is to use the method of state feedback to design the controller using the method of pole assignment and the method of LQR control, and apply the controller to the state feedback control system of four-tank water tank to realize the control of water tank level. Firstly, the experimental platform of four-tank process control system and related basic knowledge are introduced, including hardware part, software part, physical model and so on. According to the physical model, the mathematical model of the four-tank system is established, combined with the Simulink system model, and the simulation of the system model using Matlab is carried out, which verifies the feasibility of the research method. Then, aiming at the actual controlled object of the four-tank, the suitable working point of the system is found, and the more accurate mathematical model of the two-input double-output system is identified based on the system state on the working point. Then, the mathematical model is transformed into a state space equation, which establishes the foundation for the research of state feedback. In this paper, two methods are used to design the state feedback controller, one is pole assignment method and the other is LQR control method. The closed-loop control system based on state feedback is applied to the level control of four-tank system. In the control design part of pole assignment, the pole assignment method is used to transform the multi-input system into a single-input system. First, the A matrix is determined as a cyclic matrix. Then the state feedback matrix K is obtained according to the pole assignment method of the single input system. Finally, the feedback control system with state feedback plus integral correction is designed, and the control effect of the controller is verified on the Matlab and experimental platform, respectively. In the part of LQR control design, simple Q matrix and R matrix are selected. The feedback gain matrix K is obtained by using the linear quadratic optimal control method, and a state feedback optimal output tracking control system of LQR is designed with the method of LQI in Matlab. It is verified on the Matlab and experimental platform, respectively. Good control effect has been achieved.
【學(xué)位授予單位】：北方工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP273

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1965061