全維狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)知識(shí)分享

1、全維狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)精品資料實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程線性系統(tǒng)理論基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)日期2016年6月_6_日專業(yè)班級(jí) _姓名 _ 學(xué)號(hào) _同組人實(shí)驗(yàn)名稱全維狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)評(píng)分批閱教師簽字、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)用狀態(tài)觀測(cè)器獲取系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)值的方法，了解全維狀 態(tài)觀測(cè)器的極點(diǎn)對(duì)狀態(tài)的估計(jì)誤差的影響；2. 掌握全維狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)方法；3. 掌握帶有狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一，、 xAxbu其中開環(huán)系統(tǒng)yex0100A001 , b0 ,e 10 061161a）用狀態(tài)反饋配置系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)：2 2,3, 5 ；b）設(shè)計(jì)全維狀態(tài)觀測(cè)器，觀測(cè)器的極點(diǎn)為：5 j2、.3, 10 ;c）研究觀測(cè)器極點(diǎn)位置對(duì)

2、估計(jì)狀態(tài)逼近被估計(jì)值的影 響；d）求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（帶觀測(cè)器及不帶觀測(cè)器時(shí)）；繪制系統(tǒng)的輸出階躍響應(yīng)曲線三、實(shí)驗(yàn)環(huán)境MATLAB6.5四、實(shí)驗(yàn)原理（或程序框圖）及步驟利用狀態(tài)反饋可以使閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)配置在所希望的位置 上，其條件是必須對(duì)全部狀態(tài)變量都能進(jìn)行測(cè)量，但在實(shí)際系統(tǒng) 中，并不是所有狀態(tài)變量都能測(cè)量的，這就給狀態(tài)反饋的實(shí)現(xiàn)造 成了困難。因此要設(shè)法利用已知的信息（輸出量y和輸入量x）， 通過一個(gè)模型重新構(gòu)造系統(tǒng)狀態(tài)以對(duì)狀態(tài)變量進(jìn)行估計(jì)。該模型 就稱為狀態(tài)觀測(cè)器。若狀態(tài)觀測(cè)器的階次與系統(tǒng)的階次是相同 的，這樣的狀態(tài)觀測(cè)器就稱為全維狀態(tài)觀測(cè)器或全階觀測(cè)器。設(shè)系統(tǒng)完全可觀，則可構(gòu)造如圖 4-1所

3、示的狀態(tài)觀測(cè)器僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝5圖4-1 全維狀態(tài)觀測(cè)器為求出狀態(tài)觀測(cè)器的反饋 ke增益，與極點(diǎn)配置類似，也可有兩種方法：方法一：構(gòu)造變換矩陣Q,使系統(tǒng)變成標(biāo)準(zhǔn)能觀型，然后根 據(jù)特征方程求出ke ；方法二：是可采用 Ackermann公式：ke(A)Qo1 0 00 1 T，其中Qo為可觀性矩陣。利用對(duì)偶原理，可使設(shè)計(jì)問題大為簡(jiǎn)化。首先構(gòu)造對(duì)偶系統(tǒng)AcTvbT然后可由變換法或Ackermann公式求出極點(diǎn)配置的反饋k增 益，這也可由MATLAB勺place和acker函數(shù)得到；最后求出狀 態(tài)觀測(cè)器的反饋增益。五、程序源代碼、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、結(jié)果分析(a源程序：A=0 1

4、0;0 0 1;-6 -11 6;B=0；0；1；C=1 0 0;D=0;P仁-2+2*sqrt(3)*i;-2-2*sqrt(3)*i;-5;K仁 place(A,B,P1)sys new=ss(A-B*K1,B,C,D)運(yùn)行結(jié)果：K1 =74.0000 25.0000 15.0000 a =x1 x2 x3x1 010x2 001x3 -80 -36 -9b = u1x1 0x2 0x3 1c = x1 x2 x3y1 1 0d = u1y1 0(b) 源程序：A=0 1 0;0 0 1;-6 -11 6;B=0;0;1;C=1 0 0;D=0;P2=-5+2*sqrt(3)*i;-5-2

5、*sqrt(3)*i;-10;K2=acker(A',C',P2);L=K2'An ew=A-L*C運(yùn)行結(jié)果：L =262821770Anew =-26 1 0-282 0 1-1776-116(c) 研究觀測(cè)器極點(diǎn)位置對(duì)估計(jì)狀態(tài)逼近被估計(jì)值的影響：觀測(cè)器極點(diǎn)距離虛軸越近，估計(jì)狀態(tài)逼近被估計(jì)值得速度越 快。(d) 不帶觀測(cè)器：源程序：A=0 1 0;0 0 1;-6 -11 6;B=0；0；1；C=1 0 0;D=0;P仁-2+2*sqrt(3)*i;-2-2*sqrt(3)*i;-5;K仁 place(A,B,P1)sys new=ss(A-B*K1,B,C,D);n

6、 um,de n=ss2tf(A-B*K1,B,C,D);Gb=tf( nu m,de n)step(Gb)grid on;title('不帶觀測(cè)器的系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線)；運(yùn)行結(jié)果:K1 =精品資料74.0000 25.0000 15.0000Tran sfer fun cti on:7.105e-015 sA2 + 1.208e-013 s + 1sA3 + 9 sA2 + 36 s + 80帶觀測(cè)器：源程序：A=0 1 0;0 0 1;-6 -11 6;B=0；0；1；C=1 0 0;D=0;P仁-2+2*sqrt(3)*i;-2-2*sqrt(3)*i;-5;K仁 place(A

7、,B,P1);sys new=ss(A-B*K1,B,C,D);P2=-5+2*sqrt(3)*i;-5-2*sqrt(3)*i;-10;K2=acker(A',C',P2);L=K2'An=A -B*K1;L*C A-B*K1-L*CBn=B;BCn=C 0 0 0Dn=0;n um,de n=ss2tf(A n,Bn,Cn ,D n);Go=tf( nu m,de n)step(Go)grid on;title('帶觀測(cè)器的系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線');運(yùn)行結(jié)果:An =1.0e+003 *00.00100000000.00100000.0060 -0.0740-0.0060 -0.0110-0.0250 -0.01500.0260 00 -0.0260 0.00100.2820 00 -0.28200 0.00101.770000 -1.8500 -0.0360 -0.0090Bn =001001Cn =1 0 0 0 0 0Tran sfer fun cti on:-1.137e-013 sA4 + sA3 + 20 sA2 + 137 s + 370 sA6 + 29 sA5 + 353 sA4 + 2403 sA3 + 9862 sA2 + 2.428e004 s + 2.96e004僅供學(xué)