基于20sim控制系统设计与仿真.doc

目录 摘要…………………………………………………………… 一. 引言……………………………………………………… 二．自动控制概述……………………………………………… 三．控制方法概述……………………………………………. 1.卡尔曼滤波器…………………………………………… 2. LQG（线性二次高斯控制）…………………………… 3.PTD控制…………………………………………………. 4.最优状态控制……………………………………… 四.20-sim软件的功能和特点……………………………… 1.20-sim的工作环境及方法……………………………… 2.建模方式………………………………………………… 3.仿真环境………………………………………………… 五．控制系统仿真………………………………………………… 1.20sim建模…………………………………………………. 2.数学模型的推导………………………………………….. 4.各种控制方法的比较………………………………………… 六.结束语…………………………………………………………………. 七．致谢…………………………………………………………………… 八．参考文献……………………………………………………………… 基于20sim的控制系统设计与仿真 姓名： 指导老师： 届别： 专业：电子信息工程 班级： 学号： 摘要： 本文首先大概的介绍了自动控制的原理及其各种控制方法，其次介绍了20sin功能与特点，运用20sin来实现对自动控制系统的仿真，利用20sin可以有效地观察到基于不同的控制方法的仿真图形，从而展现出20sin在自动控制仿真中的巨大功能。 关键字： 20sim 控制系统 控制方法 仿真 Abstract： Keywords： 20sim control system control methods simulation 引言 控制系统往往是由机械系统，电气系统等组成的复杂系统，控制系统的算法也越来越复杂，传统的设计方法已经很难胜任控制器设计。控制系统的计算机辅助设计很好的解决了这一难题，在计算机上建立一个模拟工程环境，对实际复杂系统进行仿真分析研究，虽然有些软件很适合控制系统的建模与仿真，如matlab可以实现大部分控制类系统的仿真，但他不具备与其他能量域的系统的恰当的借口 。20-sim是一种可以运行在Windows和Sun-Unix操作系统下的一体化建模仿真平台，是由荷兰Twente大学的控制实验室所研发的一个主要面向机电系统设计的一体化建模仿真平台，其前身是TUTSIM，该软件现在已相当的成熟，被广泛应用于航空航天，汽车，制造，食品加工，工程，化学等领域的设计，建模，与仿真中。 20-sim 除了允许以键合图的形式直接输入模型之外，还支持方块图、图标、方程形式的建模。其方程是用内建的SIDOPS+ 仿真语言表示。用户可以用上述 4 种方式之一或其混合形式来表示模型。用所见即所得的方式把定义好的模型从模型库拖放到模型图形编辑器中，即可建立起系统模型。20-sim拥有一个门类齐全的模型库，提供了大量预先定义好的模型，分为键图、图标、信号和系统四个部分。这些模型可以作为建立新系统的子模型，用户可以在库中不断地定义新的子模型来增加系统的功能。本文将运用20sim的强大功能来实现控制系统的设计与仿真。 二.自动控制概述 自动控制就是在没有人直接操作的情况下，通过控制器使一个装置或过程（通称为控制对象）自动按照给定的规律运行，使被控变量能按照给定的规律变化。系统是按照某些规律结合在一起的物体的组合，它们互相作用、互相依存，并能完成一定的任务。能够实现自动控制的系统成为自动控制系统 按照控制方式和策略，系统可分为开环控制和闭环控制两大类 输入信号 控制器执行元件 输入信号 控制器 执行元件 控制对象 开环控制系统 系统输出信号只取决于输入信号，与输出信号无关，框图中的信号流线没有形成闭合回路，所以这种控制方式被称为开环控制。 开环控制系统的主要优点是系统结构简单，调试容易。但当工作环境和系统本身的元部件性能参数发生变化时，开环系统的被控变量会受到较大影响，即抗干扰能力差。一般说，高精度的开环控制系统要求所有的元部件都有较高的精度和很稳定的性能。所以开环控制对环境和元件的要求比较严格。 执行元件控制对象 执行元件 控制对象 反馈补偿 从框图看，代表