帶狀態(tài)觀測器的控制系統(tǒng)綜合設計與仿真

⑵的結果比較?？梢源_定=9.8。這樣，便定出了主導極點遠極點的實部應為主極點的實部的5倍以上，故選取S3=100。6通過狀態(tài)反饋法對系統(tǒng)進行極點配置6.1引入狀態(tài)負反饋K已知能控性判別矩陣為：則由上式知，因為滿秩，原系統(tǒng)是完全能控的。受控系統(tǒng)的特征多項式為:受控系統(tǒng)期望的特征多項式為：于是矩陣為:非奇異變換矩陣為：非奇異變換矩陣為：于是狀態(tài)反饋矩陣為：6.2驗證狀態(tài)負反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性在原來的開環(huán)系統(tǒng)中加入狀態(tài)反饋可以改變系統(tǒng)的動態(tài)性能，狀態(tài)反饋環(huán)節(jié)的添加如下圖4所示：圖4加入狀態(tài)反饋的系統(tǒng)結構圖根據(jù)示波器顯示觀察的圖像如圖5所示圖5加狀態(tài)負反饋系統(tǒng)輸出波形顯然看出系統(tǒng)的動態(tài)指標不能達到要求，因此還應該調整系統(tǒng)的放大倍數(shù)K1來達到穩(wěn)態(tài)性能要求。6.3使用Matlab程序求矩陣KA=[-500;10-100;010];b=[5;0;0];c=[001];pc=[-6.93+6.93i,-6.93-6.93i,-100];K=acker(A,b,pc)運行結果為K=19.77208.8690192.09967合理增加比例增益，使系統(tǒng)滿足穩(wěn)態(tài)指標將原有閉環(huán)傳遞函數(shù)乘以比例增益K1，對應的閉環(huán)傳遞函數(shù)為所以由要求的跟蹤階躍信號的誤差，有解方程，求得。對上面的初步結果，再用對跟蹤速度信號的誤差要求來驗證，即顯然滿足的要求，故。7.1放大系數(shù)改變后系統(tǒng)動態(tài)性校驗狀態(tài)反饋改變放大倍數(shù)后的仿真圖如圖6所示圖6放大倍數(shù)改變后的狀態(tài)反饋圖示波器的顯示圖像如圖7所示圖7閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應曲線7.2控制系統(tǒng)階躍響應指標圖7的局部放大圖以及超調量、超調時間、峰值大小如圖8所示圖8閉環(huán)系統(tǒng)階躍響應曲線局部放大由仿真圖得：，，均滿足要求。8設計全維觀測器當系統(tǒng)的狀態(tài)完全能控時，可以通過狀態(tài)的線性反饋實現(xiàn)極點的任意配置，但是當系統(tǒng)變量的物理意義有時很不明確，不是都能用物理方法測量的，給狀態(tài)反饋的實現(xiàn)造成困難。為此，人們就提出了所謂的狀態(tài)觀測器或狀態(tài)重構問題，創(chuàng)造一個新系統(tǒng)，以原系統(tǒng)的輸入和輸出為輸入，輸出就是對原系統(tǒng)狀態(tài)的估計。8.1判斷觀測器的能觀性：根據(jù)給定的受控系統(tǒng)，可以寫出能觀性判定矩陣只需判斷其是否滿秩即所以系統(tǒng)完全能觀，又因之前以求得系統(tǒng)是完全能控的，所以系統(tǒng)即完全能控、又完全能觀測。因此，系統(tǒng)的極點可以任意配置。8.2計算觀測器的反饋矩陣L該設計中系統(tǒng)的極點為：取觀測器極點,是觀測器的收斂速度是被控系統(tǒng)收斂速度的3倍。如果僅僅對閉環(huán)極點乘以3，則阻尼比和最大超量不變，而系統(tǒng)上升時間和穩(wěn)定時間將縮小到原來的。因此，選擇假設全維觀測器反饋矩陣為：期望的特征多項式可以寫為：實際的特征多項式求解：閉環(huán)觀測器的特征多項式為：可以列出等式：解得：8.3得到觀測器的狀態(tài)方程因此觀測器狀態(tài)方程為:可以寫為另一種形式：8.4對所得到的狀態(tài)方程進行仿真驗證由上面計算得出的帶觀測器狀態(tài)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)方框圖如圖9所示圖9帶觀測器狀態(tài)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)方框圖8.5用Matlab求解矩陣L同樣可以采用Matlab求得所需要的L矩陣：>>A=[-500;10-100;010];>>b=[5;0;0];>>C=[001]>>r0=rank(obsv(A,C))>>A1=A';b1=C';C1=b';>>P=[-360-20.79-20.79];>>K=acker(A1,b1,P);>>L=K'r0=3L=1.0e+03*8.85109.55230.38669在simulink下對經(jīng)綜合后的系統(tǒng)進行仿真分析在simulink環(huán)境下對控制系統(tǒng)進行仿真分析得到圖10如下圖10帶觀測器狀態(tài)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)階躍響應曲線檢驗系統(tǒng)的跟隨性能如下圖加入示波器各個部分的響應曲線如下圖所示圖11各狀態(tài)階躍響應曲線其中實線代表原系統(tǒng)，叉號代表加觀測器后的曲線，觀測器的各狀態(tài)的階躍信號與原狀態(tài)反饋系統(tǒng)的信號完全相同，可見觀測器的跟隨性能很好。10課程設計心得體會《現(xiàn)代控制理論》是一門工程理論性強、比較深奧難懂的書目，概念抽象，計算的部分比較多。線性系統(tǒng)理論是建立在線性空間的基礎上的，它大量使用矩陣論中深奧的內容，比如線性變換、子空間等，是分析中最常用的核心的內容，要深入理解，才能體會其物理意義。另外，有良好的線性代數(shù)基礎也顯得尤為重要。對于期末大作業(yè)，我們組員也是無從下手。通過多方資料查詢，一步一步編寫程序，最終完成了這項任務。通過此次課程設計，讓我們有機會將現(xiàn)代控制理論、自動控制原理以及Matlab的相關知識結合起來，能夠解決一個具體的問題，讓我們對這些科目有了更加深入的認識。在課程設計中，想要得到要求的數(shù)據(jù)，必須合理的估計好每一個細小的數(shù)據(jù)。每次在參數(shù)的選擇時都會碰到相應的問題，有些數(shù)據(jù)明明滿足計算出來的理論要求，可是最終仿真分析時，不是超調量不合適就是峰值時間不能滿足要求，這就需要耐心的調試和更改，雖然這個過程很枯燥麻煩，但最終還是得到了我們想要的結果。此次課程設計的難點我認為在系統(tǒng)期望極點的選擇上。因為如果極點都無法滿足要求那么后面的所有計算都不可能正確。如果直接按照三階系統(tǒng)設計，沒個參數(shù)的確定過程將會很復雜。然而如果巧妙的運用了主導極點和遠極點的相關知識，先構造一個二階系統(tǒng)，則各個參數(shù)計算過程都變得簡單。在課程設計過程中我們同樣體會到了Matlab在現(xiàn)代控制理論計算中的強大功能，無論是狀態(tài)空間描述、K矩陣的確定、L矩陣的確定、系統(tǒng)的仿真、超調量超調時間的計算等幾乎所有的問題的可以用Matlab語言實現(xiàn)。在完成了整個課程設計后，我不由的感嘆要學好一門課程并不是僅僅停留在會解題上，而是要學會設計、分析、仿真來解決問題。參考文獻：[1]李素玲，胡建，《自動控制原理》[M]，西安電子科技大學出版社[2]謝克明，李國勇，《現(xiàn)代控制理論》[M]，清華大學出版社[3]胡健，劉麗娜，《MODERNCONTROLTHEORY》[M]，國防工業(yè)出版社[4]飛思科技產(chǎn)品研發(fā)中心，《MATLAB輔助控制系統(tǒng)設計與仿真》[M]，電子工業(yè)出版社[5]趙文峰，《控制系統(tǒng)設計與仿真》[M]，西安電子科技大學出版社[6]趙光宙，《自動控制原理》[M]，機械工業(yè)出版社，2013年目錄第一章總論11、項目名稱及承辦單位12、編制依據(jù)43、編制原則54、項目概況65、結論6第二章項目提出的背景及必要性81、項目提出的背景82、項目建設的必要性9第三章項目性質及建設規(guī)模131、項目性質132、建設規(guī)模13第四章項目建設地點及建設條件171、項目建設地點172、項目建設條件17第五章項目建設方案251、建設原則252、建設內容253、工程項目實施33第六章節(jié)水與節(jié)能措施371、節(jié)水措施372、節(jié)能措施38第七章環(huán)境影響評價391、項目所在地環(huán)境現(xiàn)狀392、項目建設和生產(chǎn)對環(huán)境的影響分析393、環(huán)境保護措施……404、環(huán)境影響評價結論……………..……………42第八章勞動安全保護與消防441、危害因素和危害程度442、安全措施方案443、消防設施…………...45第九章組織機構與人力資源配置461、組織機構462、組織機構圖46第十章項目實施進度481、建設工期482、項目實施進度安排483、項目實施進度表48第十一章投資估算及資金籌措491、投資估算依據(jù)492、建設投資估算49目錄第一章總論 11.1項目提要 11.2結論與建議 31.3編制依據(jù) 4第二章項目建設背景與必要性 52.1項目背景 52.2項目建設必要性 7第三章市場與需求預測 83.1優(yōu)質糧食供求形勢分析 83.2本區(qū)域市場需求預測 83.3服務功能 103.4市場競爭力和市場風險預測與對策 10第四章項目承擔單位情況 124.1基本情況 124.2主要業(yè)務范圍和業(yè)務能力 124.3人員構成 124.4主要技術成果獲獎情況及轉化能力 134.5現(xiàn)有基礎和技術條件 154.6資產(chǎn)與財務狀況 164.7項目技術協(xié)作單位情況 16第五章建設規(guī)模與產(chǎn)品方案 175.1建設規(guī)模確定的原則和依據(jù) 175.2建設規(guī)模及服務種類 18第六章項目選址與建設條件 196.1項目選址原則與要求 196.2項目建設用地情況 196.3項目用地位置 206.4自然與資源條件 206.5水資源優(yōu)勢 216.6社會經(jīng)濟條件 226.7糧田基本情況 226.8項目實施的有利條件 266.9對環(huán)境的影響 26第七章工藝技術方案和設備選型 277.1工藝技術方案 277.2設備選型 29第八章項目建設方案與建設內容 328.1項目建設方案 328.2項目建設內容與規(guī)模 34第九章環(huán)境保護與安全生產(chǎn) 369.1環(huán)境保護 369.2安全生產(chǎn) 36第十章組織管理與實施進度 3810.1項目組織管理 3810.2項目實施各階段的管理方案 3910.3工程招投標方案 3910.4項目建成后的運行管理與機制 4010.5運行經(jīng)費解決方案 4110.6實施進度 41第十一章投資估算與資金來源 4411.1投資估算 44HYPERLINK\l