中北大學(xué)計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院試驗(yàn)報(bào)告

1、中北大學(xué)計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告現(xiàn)代控制理論專 業(yè)電氣工程與智能控制班級 XX070541學(xué)號 XX070541XX姓 名XX輔導(dǎo)老師成績實(shí)驗(yàn)日期2017.04.25實(shí)驗(yàn)時(shí)間 8:30 11:30實(shí)驗(yàn)名稱單級倒立擺系統(tǒng)控制特性分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、旋轉(zhuǎn)倒立擺線性模型建立與分析；2、利用MATLAB分析線性定常系統(tǒng)的可控性、可觀性與穩(wěn)定性;3、線性模型與非線性模型對比；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容a ，占空比Qc ；a ，占空比Qo；a ，占空比(1) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理中提供的單級倒立擺模型及可控、可觀、穩(wěn)定性判定 方法，自編寫程序判斷倒立擺系統(tǒng)中占空比 S 旋轉(zhuǎn)臂角位移 一擺桿角位移q兩通道的可控性，求解兩通道系統(tǒng)的變

2、換矩陣(2) 自編寫程序判斷倒立擺系統(tǒng)中占空比 S -旋轉(zhuǎn)臂角位移 一擺桿角位移q兩通道的可觀性，求解兩通道系統(tǒng)的變換矩陣(3) 自編寫程序判斷倒立擺系統(tǒng)中占空比 S -旋轉(zhuǎn)臂角位移 一擺桿角位移q兩通道的穩(wěn)定性；實(shí)驗(yàn)原理或流程圖此柱倒方撫的非線性槐地為!1I>8(J + Hit-)tf=T-H 應(yīng)(1. I)z罰丿咋2*«-wA if ttnla 二 0.32n o o式中.d為電機(jī)唄驅(qū)動占空匕 此為電摳電阻.心為反電動勢常數(shù), 鳩為業(yè)機(jī)轉(zhuǎn)矩常般.兒為減遽器速L匕 瓦為柴劇電壓-占穹比系數(shù). 電機(jī)效率.$為減逋器效率：M附則有考電旋皆創(chuàng)立擺的初始仿置在半衛(wèi)直W 占#近的情況.

3、ITli殳此時(shí)儀和"冋相比很小.即血味1，1 -a) I» sina * a A* 井解力怕 一 1)，以 jt 二ar d 0 “為狀態(tài)以占空比占為輸入，且，=怔叫為輸出,可得艇轉(zhuǎn)倒說擺的線性模型為;.r AxBnr=tx+ Dut(110 o''0 'niffM n(GA =Eff =000 100bH初ut)GEE JL瓦<L3>忝統(tǒng)矩阿沖的具悴隊(duì)戳為：*11,1ra = J + ittr' b - mLi c = ittL ti = ingL £ = ac- b' 呻2J2 ME心 打 %也斗陽:K,&#

4、174;儘' 底農(nóng)實(shí)際的泰統(tǒng)模型歩數(shù)如下辛上:電札旋臂俎件毎辣轉(zhuǎn)動慣赧0. 0123 Kg m3m t擺卅質(zhì)呈0- 0404 Kgri旋臂悅度6 19mLt擺桿桜度0. 19Sng : 力加速度9* 81 nfG點(diǎn)餐比聚數(shù)因F 0,0216F八旋戕存坷連度力胞系數(shù)丙了 0M58實(shí)驗(yàn)過程或源代碼J=0.0423m=0.404r=0.19L=0.198g=9.81G=0.0218H=0.1458a=J+m*rA2b=m*L*r/2c=m*LA2/3d=m*g*L/2E=a*c-bA2A=0 1 0 0;0 -c*H/E b*d/E 0;0 0 0 1;0 -b*H/E a*d/E 0B=0

5、 c*G/E 0 b*G/E'C=1 0 0 0;0 0 1 0D=0 0'Qc=ctrb(A,B)ran k(Qc)QO=obsv(A,C)ran k(obsv(A,C)z,p,k=ss2zp(A,B,C,D,1);Flagz=O;n=len gth(A);for i=1: nif real(p(i)>0%判斷極點(diǎn)的實(shí)部是否大于0Flagz=1;endenddisp('系統(tǒng)的零極點(diǎn)模型為);z,p,kif Flagz=1disp('系統(tǒng)不穩(wěn)定');else disp('系統(tǒng)是穩(wěn)定的');endstep(A,B,C,D);實(shí)驗(yàn)結(jié)論及

6、心得ran k(Qc)ans = 4，系統(tǒng)滿秩，故系統(tǒng)能控。ran k(obsv(A,C)ans = 4，系統(tǒng)滿秩，故系統(tǒng)能觀。p =0-10.0111-2.51799.3557系統(tǒng)極點(diǎn)的實(shí)部存在一個(gè)>0,故系統(tǒng)不穩(wěn)定Step Response24X 10108UO:OT642eanr-lpm0108642106534Time (sec onds)125實(shí)驗(yàn)心得：掌握了基于MATLAB的系統(tǒng)可觀、可控性判斷方法以及基 于MATLAB的系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷方法。輔導(dǎo)老師 成績實(shí)驗(yàn)日期 2017.04.25實(shí)驗(yàn)時(shí)間 8:30 11:30實(shí)驗(yàn)名稱 單級倒立擺極點(diǎn)配置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 根據(jù)設(shè)計(jì)

7、指標(biāo)獲取理想極點(diǎn)位置；2. 利用MATLAB基于極點(diǎn)配置方法求解狀態(tài)反饋矩陣;實(shí)驗(yàn)內(nèi)容很據(jù)實(shí)驗(yàn)一中提供的倒立擺摸型同時(shí)利用本袂嚶避的霽檢原理中提供 的極點(diǎn)財(cái)且方法.按隕以F綜合拒標(biāo)芻求；輸tflffiWS竹":趙調(diào)時(shí)間fO.5x S嘉統(tǒng)頻寬 略£10:碾 蹤誤差q r （時(shí)階趴），e, S 02 （對!Sf5> 通過狀態(tài)反檢，進(jìn)行倒立擺的極點(diǎn)（共4個(gè)極點(diǎn)）配置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。仿 H記錄狀態(tài)反饋輸山曲線"仍真方法可任選級卜二種之址行： 參阿例于中前樣序綸寫代碼進(jìn)行階躍響痕仿直序記錄結(jié)果：®謝照圖£2搭建索統(tǒng)Wmul ink仍貞模型一些主翌設(shè)置

8、如卜十 摸塊中（kwiti竽數(shù)設(shè)置対所求増益向晝的氏號值（如所求増益為1 2 3 1（ 則設(shè)擺為-I 2 ：寸 Jj ） . Multip ication 下拉tE選擇 Hatrii （K*u）"選項(xiàng) Staie Space I'1 -tjj 坎中 Initial, condi t ions SMS 0, <* 54pl/ ISO, 0 f 即初始狀態(tài)中援桿設(shè)置為偏離中心線5度.仿真時(shí)長選擇為10航圈2.2極點(diǎn)配置后丟統(tǒng)的階臥響卜;i實(shí)驗(yàn)原理或流程圖輸出超陰雖幽.趙調(diào)時(shí)間0,55!系統(tǒng)坳寬飾w；跟 蹤逞差5 = 0 （對階狀,ev 0.2 （對速度假設(shè)冷望的權(quán)點(diǎn)乳選其中

9、一燦為走#極點(diǎn)葉和吋另一個(gè)為遠(yuǎn)極恵 并且認(rèn)為系統(tǒng)的性能上帶楚由匸導(dǎo)機(jī)點(diǎn)決定的.遠(yuǎn)極點(diǎn)只有鍛小的影響。很據(jù)二階系統(tǒng)的關(guān)杲式先定出主導(dǎo)極點(diǎn)。（rir - e 'nf 二吩叫* 箱口返-4爭+4頁）式中歹和叫為此二階系址的阻尼比和率 可以導(dǎo)出，刪-壽A糾從鮎舁幺0707,于是選卡二心和.ihc <0.51 得"0.5>0.707 &<J由哪織0和已選的專二主得叫蘭10和上面的結(jié)果比較叩覆叫=MK 這樣便定出了主&極點(diǎn)遠(yuǎn)極點(diǎn)應(yīng)選擇得使它和原點(diǎn)的距高遠(yuǎn)乂于弘卜 現(xiàn)取|諒習(xí)葉卜因此確定的泊望極點(diǎn)為” =-7.07 + 77,07f2-7.07-yW片-U

10、 = -100注乂其中丄牙極點(diǎn)決定系統(tǒng)的性SL遠(yuǎn)極點(diǎn)貝有黴協(xié)時(shí)夠響，根據(jù)系統(tǒng) 的編合折標(biāo)關(guān)系式可以先定出主昱極點(diǎn),遠(yuǎn)極點(diǎn)應(yīng)選擇得使它和原點(diǎn)的距離 遠(yuǎn)大于S倍的主極點(diǎn)與原點(diǎn)的距離.當(dāng)將特征根捋定為卜列苗細(xì)數(shù)時(shí)A AiAj - -7-O7±W7,-1W極點(diǎn)配説法圧以線性系統(tǒng)為對象設(shè)計(jì)狀態(tài)反ts控制髀，使囲壞揑制系統(tǒng) 的特征根(極點(diǎn))分布件捋重包倉的揑制器設(shè)汁方茯.實(shí)驗(yàn)過程或源代碼引用實(shí)驗(yàn)1的全部程序并附加以下程序disp('原系統(tǒng)的極點(diǎn))；p=eig(A)'%求矩陣A的全部特征根P=-100;-101;-7.07+10*sqrt(-1/2);-7.07-10*sqrt(-1/2);K=place(A,B,P)%對系統(tǒng)進(jìn)行極點(diǎn)配置disp('配置后系統(tǒng)的極點(diǎn)為)p=eig(A-B*K)'disp('極點(diǎn)配置后的閉環(huán)系統(tǒng)為)A=A-B*K;step(A,B,C,D)實(shí)驗(yàn)結(jié)論及心得uo- OT420-2-4-66420