自控實驗十-狀態(tài)觀測器設(shè)計

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1、《自動控制原理實驗》實驗報告實驗十　狀態(tài)觀測器設(shè)計姓名：學(xué)號：專業(yè)：自動化實驗室：常州樓4198實驗時間：2013年5月10日同組人員：評定成績：審閱教師：8一、實驗?zāi)康模?）理解觀測器在自動控制設(shè)計中的作用；（2）理解觀測器的極點設(shè)置；（3）會設(shè)計實用的狀態(tài)觀測器。二、預(yù)習(xí)與回答：1.如何在觀測器的基礎(chǔ)上設(shè)計狀態(tài)反饋？2.請區(qū)分原系統(tǒng)極點、控制系統(tǒng)極點、期望極點、觀測器極點。3.說明H陣有什么作用，并計算觀測器反饋陣。8三、實驗原理內(nèi)容如果控制系統(tǒng)采用極點配置的方法來設(shè)計，就必須要得到系統(tǒng)的各個狀態(tài)，然后才能狀態(tài)反饋進(jìn)行極點配置。然而，大多數(shù)被控系統(tǒng)的狀態(tài)是不

2、能直接得到的，怎么辦？于是提出了利用被控系統(tǒng)的輸入量和輸出量重構(gòu)原系統(tǒng)的狀態(tài)，這樣原系統(tǒng)的狀態(tài)就能被等價取出，從而進(jìn)行狀態(tài)反饋，達(dá)到改善系統(tǒng)的目的。另外，狀態(tài)觀測器可以用來監(jiān)測被控系統(tǒng)的各個參量。觀測器的設(shè)計線路不是唯一的，本實驗采用較實用的設(shè)計。給一個被控二階系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)是，設(shè)被控系統(tǒng)狀態(tài)方程構(gòu)造開環(huán)觀測器，為狀態(tài)向量和輸出向量估值由于初態(tài)不同，估值狀態(tài)不能替代被控系統(tǒng)狀態(tài)，為了使兩者初態(tài)跟隨，采用輸出誤差反饋調(diào)節(jié)，即加入，即構(gòu)造閉環(huán)觀測器，閉環(huán)觀測器對重構(gòu)造的參數(shù)誤差也有收斂作用。也可寫成只要（A-HC）的特征根具有負(fù)實部，狀態(tài)向量誤差就按指數(shù)規(guī)律衰

3、減，且極點可任意配置，一般地，（A-HC）的收斂速度要比被控系統(tǒng)的響應(yīng)速度要快。工程上，取小于被控系統(tǒng)最小時間的3至5倍，若響應(yīng)太快，H就要很大，容易產(chǎn)生噪聲干擾。實驗采用結(jié)構(gòu)，即輸出誤差反饋，而不是輸出反饋形式。8由圖可以推導(dǎo)：所以：比較：可以得到：選擇觀測器極點為，即有：故：特征式=取：，求解8四、實驗步驟按要求設(shè)計狀態(tài)觀測器，在Matlab環(huán)境下實現(xiàn)對象的實時控制：1、將ZhuangTai_model.mdl復(fù)制到E:MATLAB6p5work子目錄下，運行matlab，打開ZhuangTai_model.mdl注：‘實際對象’模塊對應(yīng)外部的實際被控對

4、象，在simulink下它代表計算機與外部的接口：lDA1對應(yīng)實驗面板上的DA1，代表對象輸出，輸出通過數(shù)據(jù)卡傳送給計算機；lAD1對應(yīng)實驗面板上的AD1，代表控制信號，計算機通過數(shù)據(jù)卡將控制信號送給實際對象；2、如圖，在Simulink環(huán)境下搭建帶狀態(tài)觀測器的系統(tǒng)實時控制方框圖3、如圖正確接線，并判斷每一模塊都是正常的，包括接好測試儀器、設(shè)置參數(shù)、初始化各個設(shè)備和模塊；接成開環(huán)觀測器，雙擊誤差開關(guān)，使開關(guān)接地。觀測對象輸出Y與觀測器狀態(tài)輸出y的階躍響應(yīng)；（階躍不要超過0.3V）接成閉環(huán)觀測器，雙擊誤差開關(guān)，使開關(guān)接誤差。觀測對象輸出Y與觀測器狀態(tài)輸出y的階躍響

5、應(yīng)；（階躍不要超過0.3V）4、改變K1、K2或T1、T2，重復(fù)步驟3，說明實驗原因改變g1、g2重復(fù)步驟3，說明實驗原因8四、實驗數(shù)據(jù)實驗方框圖：1．接成開環(huán)觀測器：g1=3.24;g2=3.3;81．接成閉環(huán)觀測器g1=3.24;g2=3.3;3.改變g1、g2g1=32.4;g2=33;（1）接成開環(huán)觀測器：8（2）接成閉環(huán)觀測器實驗分析：通過比較開環(huán)和閉環(huán)的觀測器響應(yīng)曲線可以發(fā)現(xiàn)，開環(huán)的觀測器在誤差的擾動作用下有很大的狀態(tài)誤差，通過觀測器不能正確觀察到需要觀測的值。六、實驗總結(jié)答：8