自动控制原理实验报告
实验六 状态反馈和状
态观测器
仪器科学与光电工程学院
实验六状态反馈和状态观测器
一、 实验目的：
1． 2．
掌握用状态反馈进行极点配置的方法。 了解带有状态观测器的状态反馈系统。
二、 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。
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。
3．
三、 实验内容：
1．
设控制系统如6.1图所示，要求设计状态反馈阵K，使动态性能指标满足超调量?%?5%，峰值时间tp?0.5s。
2．
被控对象传递函数为
G(s)?100S2写成状态方程形式为
?3.945S?103.57
1
X?AX?BuY?CX
式中
0?A????103.57??0?B?????3.945??1?；C??100，10?；
模拟电路图
Figure 1计算机实现带有状态观测器的状态反馈系统图
图6.3中虚线内表示连续域转换成离散域在计算机中的实现方法：
x(k?1)?Gx(k)?Hu(k)
其中
G?eAT
T?H?????(t)dt?BAt?0??(t)?e
K???1?2维状态反馈系数矩阵，由计算机算出。 L???2?1维观测器的反馈矩阵，由计算机算出。 Kr???为使y(t)跟踪r(t)所乘的比例系数。
四、 实验数据处理：
2
1． 无观测器时系统仿真：
Figure 2无观测器时系统仿真
2．
有观测器时实测：
Figure 3有观测器时实测
3
3． 任意配置观测器极点仿真：S1、S2=-10；Z1、Z2=0.67
Figure 4任意配置观测器极点仿真：S1、S2=-10；Z1、Z2=0.67
4．
任意配置观测器极点实测：S1、S2=-10；Z1、Z2=0.67
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