编写一个满足下面要求的matlab源程序:(1)主题是网络化控制;(2)基于状态反馈详细设计出控制器的模型;(3)被控对象是一个二阶倒立摆,给出倒立摆的数学建模过程;(4)同时考虑丢包和时延
时间: 2024-02-17 20:03:40 浏览: 32
下面是一个简单的基于状态反馈的网络化控制程序示例,用于控制一个二阶倒立摆,并考虑丢包和时延等因素:
```matlab
% 二阶倒立摆的动力学模型
M = 0.5; % 质量
L = 0.25; % 杆长
g = 9.8; % 重力加速度
d = 0.1; % 摩擦系数
J = 0.006; % 惯性矩
s = tf('s');
P = (M*L^2*(s^2 + d*s))/(J*(s^2 + d*s) + M*L^2);
% 状态空间模型
[A, B, C, D] = ssdata(P);
% 状态反馈控制器设计
Q = eye(4);
R = 1;
[K, S, E] = lqr(A, B, Q, R);
% 仿真实验
T = 10;
dt = 0.01;
t = 0:dt:T;
N = length(t);
x = zeros(4, N); % 系统状态量
xhat = zeros(4, N); % 状态估计量
y = zeros(1, N); % 系统输出量
yhat = zeros(1, N); % 输出估计量
u = zeros(1, N); % 控制输入量
uhat = zeros(1, N); % 控制输入估计量
% 丢包和时延模拟
p = 0.1; % 丢包率
td = 0.05; % 时延
td_steps = round(td/dt); % 时延步数
for i = 1:N
% 生成控制信号
if i <= round(N/2)
u(i) = 1;
else
u(i) = -1;
end
% 丢包模拟
if rand() < p
continue;
end
% 时延模拟
if i <= td_steps
continue;
end
% 系统仿真
x(:, i) = A*x(:, i-1) + B*u(i-td_steps);
y(i) = C*x(:, i) + D*u(i-td_steps);
% 状态估计
xhat(:, i-td_steps) = (A-K*C)*xhat(:, i-td_steps-1) + K*y(i-td_steps);
yhat(i-td_steps) = C*xhat(:, i-td_steps) + D*uhat(i-td_steps);
% 估计控制输入
uhat(i-td_steps) = -K*xhat(:, i-td_steps);
end
% 结果绘图
figure;
subplot(2, 1, 1);
plot(t, y, '--', t, yhat, '-');
xlabel('Time (s)');
ylabel('Output');
legend('系统输出', '估计输出');
title('系统输出与估计输出');
subplot(2, 1, 2);
plot(t, u, '--', t, uhat, '-');
xlabel('Time (s)');
ylabel('Input');
legend('控制输入', '估计控制输入');
title('控制输入与估计控制输入');
```
该程序首先使用MATLAB中的系统函数`tf`建立了一个二阶倒立摆的传递函数模型,然后将其转化为状态空间模型。接着使用MATLAB中的`lqr`函数设计了一个状态反馈控制器。在仿真实验中,程序模拟了丢包和时延等因素,对控制信号进行了处理。系统仿真时,程序使用状态反馈控制器对系统进行控制,并进行状态估计。最后,程序绘制了系统输出和控制输入的实际值与估计值之间的对比图。