最优控制课程设计报告(7)

最优控制课程设计报告

由图5-1仿真结果我们可以发现:经过不带积分环节的最优控制后,液体振动的幅度

明显减小,而且当液体达到搬运终点是几乎停止振动。同时我们还可以发现，搬运相同距离时，所用时间越长，则液体振动的幅度就越小，这是因为搬送过程中的输入加速度变小的缘故。从上面结果来看，控制效果是令人满意的。

5.2.2带有积分环节的最优控制

6]me[4cantsDi2002468101214161820t[s]0.6]0.4s/m[ed0.2peS0-0.202468101214161820t[s] 31

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20100-10-20Angle[rad]0246810t[s]12141618204Voltage[v]20-20246810t[s]1214161820

图5-2 时间为4S时带有积分环节的最优控制的仿真结果

由图5-2仿真结果我们可以看出：加入带有积分环节的最优控制信号后,液体振动的幅度和频率较不加积分环节的最优控制时的更小了，但是在到达终点后残余振动得不到彻底消除。从总体上看，控制效果还是比较理想的。

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第六章 技术经济分析

随着中国入世步伐的不断加快，铸造行业只有不断进行技术改造，提高产品档次，降低生产成本，才能在市场中争得一席之地。相对来说，我国起步较晚，设计能力较差。很多机械设备国内完全能做，但由于设计能力跟不上，所以我们在引进设备的同时，一定要注重自动化系统及一些技术诀窍的引进，针对以上问题，我们希望开发一种高速浇铸系统，在铸件快速移动的过程中，通过对生产线拖动电机的电压控制，达到对溶液液面的振动进行控制的目的，从而使液面不仅在运动停止时不产生振动，而且在整个运动过程中也保持平稳。该设计就是采用最优控制的方式进行的研究，首先建立数学模型，然后做出仿真模型，最后的得到最优输入量，通过仿真结果我们可以看出：该系统控制功能先进、安全稳定可靠，有效地提高了劳动生产率，确保了生产的顺行。因此提高了产品档次和劳动生产率。

该论文主要采用计算机仿真的研究方式，对于一个大型的系统，直接实验成本十分昂贵，而采用仿真实验的方法仅需成本的1/5～1/10，而且设备可以重复使用。因此。这种研究方法是适合现阶段我们做这种研究的。

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第七章 结论与展望

该论文以振动液体为控制对象，首先利用拉格朗日法推导出描述液体振动的数学模型，并利用不同波形的输入电压信号进行了仿真计算，从而了解了铸件在运动过程中液体的振动特性及规律。在此基础上，通过给出系统评价函数，利用FR（Fletcher-Reeves）法计算该非线性系统的最优输入。仿真结果表明，控制结果是令人满意的。本研究所取得的成果和得出的结论主要表现在以下几个方面:

（1）本研究通过仿真得到了三角波﹑正弦波﹑方波﹑梯形波等各种具有代表性的电压信号作用下被搬运液体的波形振幅及频率的参数,这对以后设计控制器和液体的振动性质有一定的指导意义和参考价值

（2）本设计通过建立系统的数学模型得出系统的评价函数,从而运用FR共轭梯度法算出了最优控制输入量,仿真结果进一步证明了此控制方法在没有干扰输入信号的情况下控制效果是比较理想的

通过对上面问题的总结，液体搬运过程中液面的平衡控制在无外界其它信号干扰的情况下用最优控制的方法是可以控制的。

本仿真实验对液体搬运过程中液面的振动情况做了一定的理论方面的研究,且基本上都通过仿真实验得到了验证,取得了一定的成果。但本论文只对开环系统进行了分析。若考虑抗干扰等问题，这样就增加了过程 的不确定性，由于这种不确定性的存在，就使得这种最优控制难以运用到实际中。所以 应设计闭环反馈控制器，采用PID控制器或其他方法（例如极点配置法）进行控制。这些工作将在今后着手进行。

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参考文献

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[4] 矢野贤一，寺岛一彦. 液体消振的鲁棒控制. IEEE Transactions on Control Systems Technology，2001，9(3): 483-493

[5] 钱积新，王慧，邵之江. 控制系统的数字仿真及计算机辅助设计.杭州: 浙江大学出版社，1993.8

[6] [英]塞奥德·E·特费斯. 自动控制---使用MATLAB.西安: 西安交通大学出版社,2002

[7] 陈桂明，张明照. 应用MATLAB建模与仿真.北京: 科学出版社，2001 [8] 欧阳黎明. MATLAB控制系统设计.北京: 国防工业出版社2000.9 [9] 胡寿松. 自动控制原理. 北京: 科学出版社2000.6

[10] Y.Shen,K.Terashima and K.yano;Optimal Contary Crane Using the Straight Transfer Transformation Method to Eliminate Residual Vibation,Trans. Of INSTRUMENT AND Control Engineers,2003,39(9):817-826

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目录

第一章 前言 ............................................................. 1 第二章 概述 ............................................................. 2 2.1 自动控制理论的发展 .................................................... 2 2.2 自动控制技术在浇铸行业的应用 .......................................... 3 第三章 数学模型的建立 ................................................... 4 3.1 知识准备 .............................................................. 4 3.2 数学模型的建立 ........................................................ 5 第四章 系统仿真 ......................................................... 9 4.1仿真技术概论 .......................................................... 9 4.2系统仿真 .............................................................. 9 4.2.1 系统仿真概述 ...................................................... 9 4.2.2 MATLAB及Simulink简介 ............................................ 10 4.2.3 同种信号不同时间长度下的仿真结果 ................................. 11 4.2.4 不同信号相同时间长度下的仿真结果 ................................. 20 第五章 最优控制 ........................................................ 25 5.1 动态系统的最优控制方法 ............................................... 25 5.2 液体搬运系统的最优控制 ............................................... 28 5.2.1不带积分环节的最优控制 ............................................. 30 5.2.2带有积分环节的最优控制 ............................................. 31 第六章 技术经济分析 .................................................... 33 第七章 结论与展望 ...................................................... 34 参考文献 ............................................................... 35

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