實(shí)驗(yàn)六北航-自控實(shí)驗(yàn)報(bào)告-狀態(tài)反饋和狀態(tài)觀測(cè)器.docx

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1、成績(jī)北京航空航天大學(xué)自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院電子信息工程專業(yè)方向班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師自動(dòng)控制與測(cè)試教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)六狀態(tài)反饋與狀態(tài)觀測(cè)器實(shí)驗(yàn)時(shí)間2015.6.15實(shí)驗(yàn)編號(hào)17同組同學(xué)無(wú)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.掌握用狀態(tài)反饋進(jìn)行極點(diǎn)配置的方法。2.了解帶有狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)。二、實(shí)驗(yàn)原理：1.閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能與系統(tǒng)的特征根密切相關(guān)，在狀態(tài)空間的分析中可利用狀態(tài)反饋來(lái)配置系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)。這種校正手段能提供更多的校正信息，在形成最優(yōu)控制率、抑制或消除擾動(dòng)影響、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)解耦等方面獲得廣泛應(yīng)用。2.為了實(shí)現(xiàn)狀態(tài)反饋，需要狀態(tài)變量的測(cè)量值，而

2、在工程中，并不是狀態(tài)變量都能測(cè)量到，而一般只有輸出可測(cè)，因此希望利用系統(tǒng)的輸入輸出量構(gòu)成對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)變量的估計(jì)。解決的方法是用計(jì)算機(jī)構(gòu)成一個(gè)與實(shí)際系統(tǒng)具有同樣動(dòng)態(tài)方程的模擬系統(tǒng)，用模擬系統(tǒng)的狀態(tài)向量作為系統(tǒng)狀態(tài)向量的估值。3.狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)和原系統(tǒng)的狀態(tài)之間存在著誤差，而引起誤差的原因之一是無(wú)法使?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器的初態(tài)等于原系統(tǒng)的初態(tài)。引進(jìn)輸出誤差的反饋是為了使?fàn)顟B(tài)估計(jì)誤差盡可能快地衰減到零。4.若系統(tǒng)是可控可觀的，則可按極點(diǎn)配置的需要選擇反饋增益陣k，然后按觀測(cè)器的動(dòng)態(tài)要求選擇H，H的選擇并不影響配置好的閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)。因此系統(tǒng)的極點(diǎn)配

3、置和觀測(cè)器的設(shè)計(jì)可分開(kāi)進(jìn)行，這個(gè)原理稱為分離定理。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.設(shè)控制系統(tǒng)如6.1圖所示，要求設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋陣K，使動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)滿足超調(diào)量，峰值時(shí)間。2.被控對(duì)象傳遞函數(shù)為寫(xiě)成狀態(tài)方程形式為式中，；；模擬電路圖虛線內(nèi)表示連續(xù)域轉(zhuǎn)換成離散域在計(jì)算機(jī)中的實(shí)現(xiàn)方法：其中維狀態(tài)反饋系數(shù)矩陣，由計(jì)算機(jī)算出。維觀測(cè)器的反饋矩陣，由計(jì)算機(jī)算出。為使跟蹤所乘的比例系數(shù)。一、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：1.圖6-1系統(tǒng)響應(yīng)根據(jù)仿真數(shù)據(jù)可得:σ=4.76%，tp=0.44s，滿足設(shè)計(jì)要求2.無(wú)觀測(cè)器時(shí)系統(tǒng)仿真：3.有觀測(cè)器時(shí)實(shí)測(cè)：一、狀態(tài)觀測(cè)器配置：1.采樣時(shí)間計(jì)算:

4、由關(guān)系，已知，，可以求得：即采樣時(shí)間；2.反饋增益K計(jì)算:利用可控標(biāo)準(zhǔn)型：，，；設(shè)：反饋矩陣，觀測(cè)器特征式：由目標(biāo)極點(diǎn)可得：反饋：，1.可控矩陣H計(jì)算:觀測(cè)器特征式：利用采樣時(shí)間可得觀測(cè)器對(duì)應(yīng)目標(biāo)特征式：對(duì)應(yīng)方程求解：，；一、結(jié)果分析：狀態(tài)反饋器不影響系統(tǒng)的極點(diǎn)，改變狀態(tài)觀測(cè)器的極點(diǎn)后，系統(tǒng)的輸出并不改變，可以改變系統(tǒng)的性能。加入帶狀態(tài)觀測(cè)器的系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間減小，超調(diào)量減小，穩(wěn)定性變好。若系統(tǒng)可控，則狀態(tài)反饋的極點(diǎn)可任意配置，若系統(tǒng)可測(cè)，則狀態(tài)觀測(cè)器的極點(diǎn)可任意配置。七、收獲與體會(huì)本次試驗(yàn)讓我們了解并設(shè)計(jì)了狀態(tài)反饋和狀態(tài)觀測(cè)器。并且通過(guò)

5、此次實(shí)驗(yàn)我們鞏固了課上學(xué)到的狀態(tài)反饋的相關(guān)知識(shí)，并嘗試進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)書(shū)本知識(shí)進(jìn)行了應(yīng)用和驗(yàn)證。