自控實(shí)驗(yàn)-狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì)

《自控實(shí)驗(yàn)-狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、《自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)》實(shí)驗(yàn)報(bào)告狀態(tài)觀測器設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)：自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室：常州樓8實(shí)驗(yàn)時(shí)間：同組人員：評(píng)定成績：審閱教師：8一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）理解觀測器在自動(dòng)控制設(shè)計(jì)中的作用；（2）理解觀測器的極點(diǎn)設(shè)置；（3）會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)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(jì)狀態(tài)反饋？2.請區(qū)分原系統(tǒng)極點(diǎn)、控制系統(tǒng)極點(diǎn)、期望極點(diǎn)、觀測器極點(diǎn)。3.說明H陣有什么作用，并計(jì)算觀測器反饋陣。8三、實(shí)驗(yàn)原理內(nèi)容如果控制系統(tǒng)采用極點(diǎn)配置的方法來設(shè)計(jì)，就必須要得到系統(tǒng)的各個(gè)狀態(tài)，然后才能狀態(tài)反饋進(jìn)行極點(diǎn)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(jià)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(gè)參量。觀測器的設(shè)計(jì)線路不是唯一的，本實(shí)驗(yàn)采用較實(shí)用的設(shè)計(jì)。給一個(gè)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(duì)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

3、負(fù)實(shí)部，狀態(tài)向量誤差就按指數(shù)規(guī)律衰減，且極點(diǎn)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)為，即有：故：特征式=?。?，求解8四、實(shí)驗(yàn)步驟按要求設(shè)計(jì)狀態(tài)觀測器，在Matlab環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)象的實(shí)時(shí)控制：1、將ZhuangTai_model.mdl復(fù)制到E:MATLAB6p5work子目錄下，運(yùn)行matlab，打開Zhuan

4、gTai_model.mdl注：‘實(shí)際對(duì)象’模塊對(duì)應(yīng)外部的實(shí)際被控對(duì)象，在simulink下它代表計(jì)算機(jī)與外部的接口：lDA1對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)面板上的DA1，代表對(duì)象輸出，輸出通過數(shù)據(jù)卡傳送給計(jì)算機(jī)；lAD1對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)面板上的AD1，代表控制信號(hào)，計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)卡將控制信號(hào)送給實(shí)際對(duì)象；2、如圖，在Simulink環(huán)境下搭建帶狀態(tài)觀測器的系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(gè)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(duì)象輸出Y與觀測器狀態(tài)輸出y的階躍響應(yīng)；（階躍

5、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(duì)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）4、改變K1、K2或T1、T2，重復(fù)步驟3，說明實(shí)驗(yàn)原因改變g1、g2重復(fù)步驟3，說明實(shí)驗(yàn)原因8四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(dòng)作用下有很大的狀

6、態(tài)誤差，通過觀測器不能正確觀察到需要觀測的值。六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)答：8