自控实验-状态观测器设计

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1、《自动控制原理实验》实验报告状态观测器设计姓名：学号：专业：自动化实验室：常州楼8实验时间：同组人员：评定成绩：审阅教师：8一、实验目的（1）理解观测器在自动控制设计中的作用；（2）理解观测器的极点设置；（3）会设计实用的状态观测器。二、预习与回答：1.如何在观测器的基础上设计状态反馈？2.请区分原系统极点、控制系统极点、期望极点、观测器极点。3.说明H阵有什么作用，并计算观测器反馈阵。8三、实验原理内容如果控制系统采用极点配置的方法来设计，就必须要得到系统的各个状态，然后才能状态反馈进行极点配置。然而，大多数被控系统的状态是不

2、能直接得到的，怎么办？于是提出了利用被控系统的输入量和输出量重构原系统的状态，这样原系统的状态就能被等价取出，从而进行状态反馈，达到改善系统的目的。另外，状态观测器可以用来监测被控系统的各个参量。观测器的设计线路不是唯一的，本实验采用较实用的设计。给一个被控二阶系统，其开环传递函数是，设被控系统状态方程构造开环观测器，为状态向量和输出向量估值由于初态不同，估值状态不能替代被控系统状态，为了使两者初态跟随，采用输出误差反馈调节，即加入，即构造闭环观测器，闭环观测器对重构造的参数误差也有收敛作用。也可写成只要（A-HC）的特征根具有

3、负实部，状态向量误差就按指数规律衰减，且极点可任意配置，一般地，（A-HC）的收敛速度要比被控系统的响应速度要快。工程上，取小于被控系统最小时间的3至5倍，若响应太快，H就要很大，容易产生噪声干扰。实验采用结构，即输出误差反馈，而不是输出反馈形式。8由图可以推导：所以：比较：可以得到：选择观测器极点为，即有：故：特征式=取：，求解8四、实验步骤按要求设计状态观测器，在Matlab环境下实现对象的实时控制：1、将ZhuangTai_model.mdl复制到E:MATLAB6p5work子目录下，运行matlab，打开Zhuan

4、gTai_model.mdl注：‘实际对象’模块对应外部的实际被控对象，在simulink下它代表计算机与外部的接口：lDA1对应实验面板上的DA1，代表对象输出，输出通过数据卡传送给计算机；lAD1对应实验面板上的AD1，代表控制信号，计算机通过数据卡将控制信号送给实际对象；2、如图，在Simulink环境下搭建带状态观测器的系统实时控制方框图3、如图正确接线，并判断每一模块都是正常的，包括接好测试仪器、设置参数、初始化各个设备和模块；接成开环观测器，双击误差开关，使开关接地。观测对象输出Y与观测器状态输出y的阶跃响应；（阶跃

5、不要超过0.3V）接成闭环观测器，双击误差开关，使开关接误差。观测对象输出Y与观测器状态输出y的阶跃响应；（阶跃不要超过0.3V）4、改变K1、K2或T1、T2，重复步骤3，说明实验原因改变g1、g2重复步骤3，说明实验原因8四、实验数据实验方框图：1．接成开环观测器：g1=3.24;g2=3.3;81．接成闭环观测器g1=3.24;g2=3.3;3.改变g1、g2g1=32.4;g2=33;（1）接成开环观测器：8（2）接成闭环观测器实验分析：通过比较开环和闭环的观测器响应曲线可以发现，开环的观测器在误差的扰动作用下有很大的状

6、态误差，通过观测器不能正确观察到需要观测的值。六、实验总结答：8