利用状态观测器实现状态反馈的系统设计

1、实验二十八利用状态观测器实现状态反馈的系统设计【实验地点】【实验目的】1、掌握用状态反馈进行极点配置的方法。2、了解带有状态观测器的状态反馈系统。3、练习控制性能比较与评估的方法。【实验设备与软件】1、MATLAB软件。2、labACT实验箱。【实验原理】1、闭环系统的动态性能与系统的特征根密切相关，在状态空间的分析中可利用状态反馈来配置系统的闭环极点。这种校正手段能提供更多的校正信息，在形成最优控制率、抑制或消除扰动影响、实现系统解耦等方面获得广泛应用。2、为了实现状态反馈，需要状态变量的测量值，而在工程中，并不是状态变量都能测量到，而一般只有输出可测，因此希望利用系统的输入输出量构成对系统

2、状态变量的估计。解决的方法是用计算机构成一个与实际系统具有同样动态方程的模拟系统，用模拟系统的状态向量作为系统状态向量的估值。状态观测器的状态和原系统的状态之间存在着误差，而引起误差的原因之一是无法使状态观测器的初态等于原系统的初态。引进输出误差的反馈是为了使状态估计误差尽可能快地衰减到零。3、若系统是可控可观的，则可按极点配置的需要选择反馈增益阵k,然后按观测器的动态要求选择H,H的选择并不影响配置好的闭环传递函数的极点。因此系统的极点配置和观测器的设计可分开进行，这个原理称为分离定理。【实验内容、方法、过程与分析】1、实验内容设控制系统如图1所示，要求设计状态反馈阵K,使动态性能指标满足超

3、调量仃W5%,峰值时间tp-0-5so图1由图可得系统传递函数关系为X2(s)0.05s1=xi(s)(2)Xi(s)=Y(s)对上(1),(2),(3)化简并反变换0.05x1x1(t)=x2(t)(4)X2(t)Xi(t)=u(t)(5)xi(t)=y(t)(6)对上(4),(5),(6)列写状态方程形式(状态空间表达式)：x1=一220x10Ux2_-10)21(8)实验仿真图1 .运算放大器描述系统XFG1?=|:A：R1：疑：,R2.：5叩叩0P07CP：R3：I-WmAZDOkD.fl1,=OP07CPOP07：R5：VvV-：G1-IF2uF-WVC2：R4：AAA-IR6*-W

4、v-1QKH1uFWvOP07CP仿真运行图如查暑记录典_I回liW文银F浦里视盟V)TS(T)_口H。金后I1电塞上|癌回的&心画|蝎国会或|绅t?|岫运示诚器-的亡11电路115.011111111：r15.0toja酶肝出tv)2 .状态反馈实现极点配置仿真模型仿真运行图卡百百元所嬖如丽旧旃5-工具m皿。冷区肥里且里旦卜戈:、（&心了递至理目目示废法-应“示激器11电路1?.Q-1.r30E国武田田飞)SelectedTee油百A3.状态观测器仿真模型ftOUklJR13=ViA-WQhnL-S-KJOkOHI4AW-IQOikn示波器xscit一-T1T1T2T2-时000000通道一A0.000V0.000V0.000V通道A通道.B0.000V0.000V0.000V比例MOms/Div比例|5V/DivX位置oY位置0而加载|B/a|A拒I|aE0IDCIG通道B比例|5V,vY位置f0aToJdcMg触发边沿区b!外部I