自动控制毕业设计双容水箱系统的建模、仿真与控制2015年7月23日摘要自动控制课程设计是自动化专业基础课程《自动控制原理》和《现代控制理论》的配套实践环节，对于深入理解经典控制理论和现代控制理论中的概念、原理和方法具有重要意义。本次课程设计以过程控制实验室双容水箱系统作为研究对象，开展了机理建模、实验建模、系统模拟、控制系统分析与综合、控制系统仿真等多方面的工作。课程设计过程中，首先进行了任务I即经典控制部分的工作，主要从系统模型辨识、采集卡采集、PID算法的控制、串联校正进行性能指标的优化、滞后控制等方面进行了设计。然后，又进行了任务II即现代控制部分的工作，主要从系统模型的串并联实现、能控能观标准型实现、状态反馈设计、状态观测器设计、降维观测器设计等方面进行了深入的研究。最后选做部分单级倒立摆的内容，并对整个课程设计做了总结。关键词：自动控制；课程设计；PID控制；根轨迹；极点配置；MATLAB；数据采集；经典控制；现代控制。目录TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l_Toc3511第1章引言1HYPERLINK\l_Toc88291.1课程设计的意义与目的1HYPERLINK\l_Toc209661.2课程设计的主要内容1HYPERLINK\l_Toc285851.3课程设计的团队分工说明2HYPERLINK\l_Toc29400第2章双容水箱系统的建模与模拟3HYPERLINK\l_Toc293322.1二阶水箱介绍3HYPERLINK\l_Toc152242.2二阶水箱液位对象机理模型的建立3HYPERLINK\l_Toc73492.3通过实验方法辨识系统的数学模型的建立7HYPERLINK\l_Toc186082.3.1用试验建模（黑箱）方法辨识被控对象数学模型7HYPERLINK\l_Toc29072.3.2通过仿真分析模型辨识的效果82.4物理系统模拟9HYPERLINK\l_Toc3704第3章双容水箱控制系统的构建与测试11HYPERLINK\l_Toc17793.1数据采集卡与数据通讯11HYPERLINK\l_Toc118973.2构建系统并进行开环对象测试12HYPERLINK\l_Toc12608第4章双容水箱的控制与仿真分析——经典控制部分14HYPERLINK\l_Toc281664.1采用纯比例控制14HYPERLINK\l_Toc97024.2采用比例积分控制PAGEREF_Toc970217HYPERLINK\l_Toc176294.3采用PID控制21HYPERLINK\l_Toc83534.4串联校正环节24HYPERLINK\l_Toc322724.5采样周期影响及滞后系统控制性能分析28HYPERLINK\l_Toc897第5章双容水箱的控制与仿真分析——现代控制部分31HYPERLINK\l_Toc281665.1状态空间模型的建立31HYPERLINK\l_Toc97025.2状态空间模型的分析33HYPERLINK\l_Toc176295.3状态反馈控制器的设计34HYPERLINK\l_Toc83535.4状态观测器的设计37HYPERLINK\l_Toc8402HYPERLINK\l_Toc322725.5基于状态观测的反馈控制器设计43HYPERLINK\l_Toc2594第6章基于状态空间模型单级倒立摆控制系统设计48HYPERLINK\l_Toc84026.1单级倒立摆系统介绍48HYPERLINK\l_Toc201596.2状态空间模型的建立49HYPERLINK\l_Toc230206.3能控能观性、稳定性的分析52HYPERLINK\l_Toc2594第7章总结53HYPERLINK\l_Toc84027.1课程设计过程的任务总结与经验收获53HYPERLINK\l_Toc201597.2课程设计中的不足和问题分析53HYPERLINK\l_Toc230207.3对课程设计的建议53HYPERLINK\l_Toc30900参考文献54HYPERLINK\l_Toc7651附录55HYPERLINK\l_Toc8820附录A：组员个人总结（一）55HYPERLINK\l_Toc8820附录B：组员个人总结（二）