自控實驗十-狀態(tài)觀測器設(shè)計

..-..-可修遍-"自動控制原理實驗"實驗報告實驗十狀態(tài)觀測器設(shè)計姓名：學(xué)號：專業(yè)：自動化實驗室：樓419實驗時間：2013年5月10日同組人員：評定成績：審閱教師：一、實驗?zāi)康睦斫庥^測器在自動控制設(shè)計中的作用；理解觀測器的極點設(shè)置；會設(shè)計實用的狀態(tài)觀測器。二、預(yù)習(xí)與答復(fù)：1.如何在觀測器的根底上設(shè)計狀態(tài)反應(yīng)？2.請區(qū)分原系統(tǒng)極點、控制系統(tǒng)極點、期望極點、觀測器極點。3.說明H陣有什么作用，并計算觀測器反應(yīng)陣。三、實驗原理容如果控制系統(tǒng)采用極點配置的方法來設(shè)計，就必須要得到系統(tǒng)的各個狀態(tài)，然后才能狀態(tài)反應(yīng)進(jìn)展極點配置。然而，大多數(shù)被控系統(tǒng)的狀態(tài)是不能直接得到的，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)就能被等價取出，從而進(jìn)展?fàn)顟B(tài)反應(yīng)，到達(dá)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)的各個參量。觀測器的設(shè)計線路不是唯一的，本實驗采用較實用的設(shè)計。給一個被控二階系統(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，采用輸出誤差反應(yīng)調(diào)節(jié)，即參加，即構(gòu)造閉環(huán)觀測器，閉環(huán)觀測器對重構(gòu)造的參數(shù)誤差也有收斂作用。也可寫成只要〔A-HC〕的特征根具有負(fù)實部，狀態(tài)向量誤差就按指數(shù)規(guī)律衰減，且極點可任意配置，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)最小時間的3至5倍，假設(shè)響應(yīng)太快，H就要很大，容易產(chǎn)生噪聲干擾。實驗采用構(gòu)造，即輸出誤差反應(yīng)，而不是輸出反應(yīng)形式。由圖可以推導(dǎo)：所以：比擬：可以得到：選擇觀測器極點為，即有：故：特征式=取：，求解實驗步驟按要求設(shè)計狀態(tài)觀測器，在Matlab環(huán)境下實現(xiàn)對象的實時控制：1、將ZhuangTai_model.mdl復(fù)制到E:\MATLAB6p5\work子目錄下，運行matlab，翻開ZhuangTai_model.mdl注：‘實際對象’模塊對應(yīng)外部的實際被控對象，在simulink下它代表計算機(jī)與外部的接口：DA1對應(yīng)實驗面板上的DA1，代表對象輸出，輸出通過數(shù)據(jù)卡傳送給計算機(jī)；AD1對應(yīng)實驗面板上的AD1，代表控制信號，計算機(jī)通過數(shù)據(jù)卡將控制信號送給實際對象； 2、如圖，在Simulink環(huán)境下搭建帶狀態(tài)觀測器的系統(tǒng)實時控制方框圖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〕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，說明實驗原因改變g1、g2重復(fù)步驟3，說明實驗原因?qū)嶒灁?shù)據(jù)實驗方框圖：接成開環(huán)觀測器：g1=3.24;g2=3.3;接成閉環(huán)觀測器g1=3.24;g2=3.3;3.改變g1、g2 g1=32.4;g2=33;〔1〕接成開環(huán)觀測器：〔2〕接成閉環(huán)觀測器實驗