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《利用MATLAB設(shè)計狀態(tài)觀測器—現(xiàn)代控制理論實驗報告.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、實驗六利用MATLAB設(shè)計狀態(tài)觀測器姓名*******學(xué)號1121*****實驗?zāi)康模?、學(xué)習(xí)觀測器設(shè)計算法；2、通過編程、上機調(diào)試，掌握基于觀測器的輸出反饋控制系統(tǒng)設(shè)計方法。實驗原理：1、全階觀測器模型：由極點配置和觀測器設(shè)計問題的對偶關(guān)系，也可以應(yīng)用MATLAB中極點配置的函數(shù)來確定所需要的觀測器增益矩陣。例如，對于單輸入單輸出系統(tǒng)，觀測器的增益矩陣可以由函數(shù)L=(acker(A’,C’,V))’得到。其中的V是由期望的觀測器極點所構(gòu)成的向量。類似的，也可以用L=(place(A’,C’,V))’來
2、確定一般系統(tǒng)的觀測器矩陣，但這里要求V不包含相同的極點。2、降階觀測器模型：基于降階觀測器的輸出反饋控制器是：對于降階觀測器的設(shè)計，使用MATLAB軟件中的函數(shù)L=(acker(Abb’,Aab’,V))’或L=(place(Abb’,Aab’,V))’可以得到觀測器的增益矩陣L。其中的V是由降階觀測器的期望極點所組成的向量。實驗要求1．在運行以上例程序的基礎(chǔ)上，考慮圖6.3所示的調(diào)節(jié)器系統(tǒng)，試針對被控對象設(shè)計基于全階觀測器和降階觀測器的輸出反饋控制器。設(shè)極點配置部分希望的閉環(huán)極點是，希望的觀測器極點是
3、（a）對于全階觀測器，和；（b）對于降階觀測器，。比較系統(tǒng)對下列指定初始條件的響應(yīng)：（a）對于全階觀測器：（b）對于降階觀測器：進一步比較兩個系統(tǒng)的帶寬。圖6.3調(diào)節(jié)器系統(tǒng)2．假設(shè)SISO受控系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為（1）若根據(jù)系統(tǒng)的性能指標要求，希望配置的系統(tǒng)極點為求受控系統(tǒng)的狀態(tài)反饋矩陣。（2）設(shè)計觀測器反饋系數(shù)矩陣，使全維狀態(tài)觀測器的希望極點均為-3.實驗結(jié)果一、設(shè)計基于全階觀測器和降階觀測器的輸出反饋控制器1、全階觀測器：1)計算全階觀測器的增益矩陣L由圖6.3所示的調(diào)節(jié)器系統(tǒng)1/s*（s+2）得,
4、執(zhí)行以下的M-文件：a=[01;0-2];b=[0;1];c=[40];v=[-8-8];l=(acker(a',c',v))'result：l=3.50009.0000計算得出，全階觀測器的增益矩陣L=[3.5;9.0]相應(yīng)的全階觀測器是：=-141-36-2x+01u+3.59y2)計算全階觀測器的狀態(tài)反饋矩陣K及其狀態(tài)響應(yīng)A=[01;0-2];B=[0;1];J=[-2+j*2*sqrt（3）–2-j*2*sqrt（3）];K=place（A,B,J）;sys=ss(A+B*K,eye(2),ey
5、e(2),eye(2));t=0:0.01:20;x=initial(sys,[1;0],t);x1=[10]*x';x2=[01]*x';subplot(2,1,1);plot(t,x1);gridxlabel('t(sec)');ylabel('x1');subplot(2,1,2);plot(t,x2);gridxlabel('t(sec)');ylabel('x2');可以得到：K=[-16-2]得到狀態(tài)反饋后的狀態(tài)變量的狀態(tài)響應(yīng)曲線：于是有，全階觀測器的輸出反饋控制器為：x=(A-LC+BK)
6、x+Ly=-141-52-4x+3.59y2、降階觀測器1)計算降階觀測器的增益矩陣L執(zhí)行以下的M-文件：Aaa=[0];Aab=[1];Aba=[0];Abb=[-2];Ba=[0];Bb=[1];v=[-8];l=(acker(Abb',Aab',v))'Ahat=Abb-l*AabBhat=Ahat*l+Aba-l*AaaFhat=Bb-l*Baresult:l=6Ahat=-8Bhat=-48Fhat=1計算得出，降階觀測器的增益矩陣L=[6]相應(yīng)的降階觀測器是：=[-8]w+[-48]y+[1
7、]u2）計算全階觀測器的狀態(tài)反饋矩陣K及其狀態(tài)響應(yīng)Ahat=[-8];Bhat=[-48];Fhat=[1];K=[-2];sys=ss(Ahat-Fhat*K,eye(1),eye(1),eye(1));t=0:0.01:20;w=initial(sys,[-1],t);plot(t,w);xlabel('t(sec)');ylabel('w');得到狀態(tài)響應(yīng)曲線如下圖所示：一、開環(huán)傳遞函數(shù)1）求受控系統(tǒng)的狀態(tài)反饋矩陣執(zhí)行以下應(yīng)用函數(shù)acker編制的M-文件：A=[010;001;000];B=[0;
8、0;1];J=[-3-2+j*2–2-j*2];K=acker(A,B,J)得到K=[-24-20-7]2）設(shè)計觀測器反饋系數(shù)矩陣La=[010;001;000];b=[0;0;1];c=[100];v=[-3-3-3];l=(acker(a',c',v))'l=92727計算得出，全維觀測器的增益矩陣L=[92727]
