1、-計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 課程設(shè)計(jì)學(xué)院：電 力 學(xué) 院專業(yè)： 自 動(dòng) 化班級(jí)： 2021 班： *： 2021指導(dǎo)教師:*俊紅華 北 水 利 水 電 學(xué) 院目 錄一、設(shè)計(jì)容1.1 對(duì)象模型1.2 設(shè)計(jì)目的1.3 設(shè)計(jì)要求二、設(shè)計(jì)方法及步驟 2.1 設(shè)計(jì)方法 2.2 設(shè)計(jì)具體步驟2.3 matlab仿真結(jié)果展示三、仿真設(shè)計(jì)程序四、心得體會(huì)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間設(shè)計(jì)1.1【設(shè)計(jì)對(duì)象】系統(tǒng)的對(duì)象模型為：1.2【設(shè)計(jì)目的】A：試確定一個(gè)狀態(tài)負(fù)反應(yīng)陣K，使相對(duì)于單位陣階躍參考輸入的輸出過(guò)渡過(guò)程，滿足如下的期望指標(biāo)：超調(diào)量<=20%,峰值時(shí)間<=0.4s。 B：如果系統(tǒng)的狀態(tài)變量在實(shí)際上無(wú)法測(cè)量，試確定一

2、個(gè)狀態(tài)觀測(cè)器全維狀態(tài)觀測(cè)器，使得通過(guò)基于狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)反應(yīng)，滿足上述期望的性能指標(biāo)。1.3【設(shè)計(jì)要求】1. 要求學(xué)生掌握當(dāng)Gcs設(shè)計(jì)好后如何將其變換為離散算法GcZ以及如何將GcZ轉(zhuǎn)換在計(jì)算機(jī)上可完成計(jì)算的迭代方程。2. 要求學(xué)生能掌握工業(yè)中常用的根本PID算法。3. 掌握一階向前，向后差分及雙線性變換離散化的具體做法及應(yīng)用場(chǎng)合。4. 熟悉PID兩種根本算法的計(jì)算公式：位置算法和增量算法。5. 熟練使用MATLAB軟件，掌握其仿真的方法、步驟及參數(shù)設(shè)置。6. 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及相應(yīng)設(shè)備的選用等問(wèn)題。二【設(shè)計(jì)方法及步驟】1、 利用Simulink進(jìn)展仿真，判斷是否滿足期望的性能指標(biāo)。系

3、統(tǒng)仿真方框圖如下：系統(tǒng)仿真結(jié)果如下：有圖可知，系統(tǒng)不滿足期望的性能指標(biāo)，需要進(jìn)展配置。1.判斷系統(tǒng)的能控能觀性，確定系統(tǒng)是否能夠通過(guò)狀態(tài)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)任意配置。能控性判別，能控性判別矩陣為系統(tǒng)的可控矩陣階數(shù)為3，為滿秩，則系統(tǒng)是能控的。2.由期望的性能指標(biāo)求出閉環(huán)系統(tǒng)的期望極點(diǎn)。第一步：由典型二階系統(tǒng)性能指標(biāo)與系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系，確定系統(tǒng)參數(shù)，然后確定系統(tǒng)的主導(dǎo)極點(diǎn)和非主導(dǎo)極點(diǎn)。要求確定的主導(dǎo)極點(diǎn)使得閉環(huán)系統(tǒng)至少滿足前述性能指標(biāo)。由系統(tǒng)的性能指標(biāo)：超調(diào)量<=20%，峰值時(shí)間<=0.4s。可以求出=0.4559 Wn=8.82rad/s。因此可以選取=0.46 Wn=8.9rad/s。

4、可以求得：(s) =第二步：由系統(tǒng)的特征方程可以求出系統(tǒng)的特征根：可以令非主導(dǎo)極點(diǎn)為：確定狀態(tài)反應(yīng)矩陣：受控系統(tǒng)的特征方程為F(s)=；， ，=0；由期望的極點(diǎn)構(gòu)成的特征多項(xiàng)式：=7128.9所以狀態(tài)反應(yīng)矩陣為：K =3.確定輸入放大系數(shù)對(duì)應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為:= 要求跟蹤階躍信號(hào)的誤差=0，有=0=所以L=7128.9對(duì)上面的初步結(jié)果，再用對(duì)跟蹤速度信號(hào)的誤差要求來(lái)驗(yàn)證，即=0.115 所以L滿足要求。畫出對(duì)應(yīng)的能控規(guī)型的閉環(huán)系統(tǒng)方塊圖=其中可設(shè)對(duì)應(yīng)的規(guī)型狀態(tài)方程為：=+能控規(guī)型的閉環(huán)系統(tǒng)方框圖：系統(tǒng)的階躍響應(yīng)如下：3、配置狀態(tài)觀測(cè)器： 由于期望極點(diǎn)為：P=-6.3237+10.4720j,-

5、6.3237-10.4720j,-94.856;又由于希望觀測(cè)器的響應(yīng)要快于原系統(tǒng)的響應(yīng)，配置狀態(tài)觀測(cè)器的極點(diǎn)應(yīng)盡量離原極點(diǎn)距離遠(yuǎn)一些，取的點(diǎn)為大于十倍距離。判斷系統(tǒng)的能觀性 由前可知系統(tǒng)能觀測(cè)，可以進(jìn)展配置。求狀態(tài)觀測(cè)器增益矩陣：L = 1.0e+005 * 3.2441 -0.0172求狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)G=根據(jù)狀態(tài)觀測(cè)后的表達(dá)式寫出特征式，與配置極點(diǎn)的特征式進(jìn)展比擬，求出G =1.0e+002 *-0.2213 + 0.3665j -0.2213 - 0.3665j -1.4228 T繪制出帶狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)空間表達(dá)式如下列圖： 由上述圖運(yùn)行結(jié)果可知，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)比原系統(tǒng)有較快的響應(yīng)，且滿足

6、所設(shè)定的條件，即所構(gòu)建的狀態(tài)觀測(cè)器是完全可行的，滿足題目要求。三仿真設(shè)計(jì)程序Num=1;Den=1 12 32 1;Tf(num,den)A,B,C,D=tf2ss(num,den);N=lengthA;Q=ctrbA，BN=rank(Q);If m=n Disp(system state variable can be totally controlled(系統(tǒng)可控) P=-4.1+j7.9,-4.1-j7.9,-90; K=acker(A,B,P)ElseEndS=size(A，1)；Z=zeros(1,s)1;N=inv(A,B,C,D)*Z;N*=N(1:s);Nu=N(1+s);Nb

7、ar=Nu+K*N*At=A-B*KBt=B*NbarCt=CDt=Dstep(At,Bt,Ct,Dt);hold on;num=1;den=1 12 32 1;tf(num,den)A,B,C,D=tf2ss(num,den)n=length(A);Qo=obsv(A,C)m=rank(Qo);if m=n disp('system state variable can be totally controlled(系統(tǒng)可觀)') P=-10.5+7.85j -10.5-7.85j -100; K=acker(A,B,P);L=place(A',C',P)

8、9; else ends=size(A,1);Z=zeros(1,s) 1;N=inv(A,B;C,D)*Z'N*=N(1:s);Nu=N(1+s);Nbar=Nu+K*N*;At=A-B*K B*K zeros(size(A) A-L*C;Bt=B*Nbar zeros(size(B);Ct=C zeros(size(C);Dt=D;ss=sys(At,Bt,Ct,Dt);step(ss);hold on;grid;經(jīng)過(guò)程序的仿真運(yùn)行，與所求的系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果如下：四心得體會(huì)課程設(shè)計(jì)是每一個(gè)大學(xué)生在大學(xué)生涯中都不可或缺的，它使我們?cè)趯?shí)踐中了穩(wěn)固了所學(xué)的知識(shí)、在實(shí)踐中鍛煉自己的動(dòng)手能力；

9、實(shí)習(xí)又是對(duì)每一位大學(xué)生所學(xué)專業(yè)知識(shí)的一種拓展手段，它讓我們學(xué)到了很多在課堂上根本就學(xué)不到的知識(shí),不僅開(kāi)闊了自己的視野，增戰(zhàn)了自己的見(jiàn)識(shí)，也為我們以后進(jìn)一步走向社會(huì)打下了堅(jiān)實(shí)的根底，是我們走向以后走向工作崗位的奠基石。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門以電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)為根底，以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為核心，綜合可編程控制技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)的精細(xì)化、生產(chǎn)設(shè)備的信息化、生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化及機(jī)電控制系統(tǒng)的最正確化的專門學(xué)科。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，不但國(guó)防、航空航天等高精尖學(xué)科必不可少的組成局部尖學(xué)科必不可少的組成局部，而且在現(xiàn)代化的工、農(nóng)、醫(yī)等領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用。計(jì)算機(jī)控制作為一門理論與實(shí)踐相結(jié)合并且具有極強(qiáng)的實(shí)用性的課程，其課程設(shè)計(jì)的重要性不言而喻，該次課程設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。在*俊紅教師的帶