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) 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)。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，而在工程中，

2、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。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.

3、 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)。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:=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)：狀態(tài)觀測(cè)器配置：采樣時(shí)間計(jì)算:由關(guān)系，已知，可以求得：即采樣時(shí)間；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：，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：，；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