带状态观测器的控制系统综合设计与仿真VIP专享VIP免费

带状态观测器的控制系统综合设计与仿真 一、主要技术参数： 1.受控系统如图所示： 图 1 受控系统方框图 2.性能指标要求： （1）动态性能指标： 超调量 5%p； 超调时间 0.5pt 秒； 系统频宽 10b ； （2）稳态性能指标： 静态位置误差0pe（阶跃信号） 静态速度误差2.0ve（速度信号） 二、设计思路 1、按图中选定的状态变量建立系统的状态空间数学模型。 2、对原系统在 Simulink 下进行仿真分析，对所得的性能指标与要求的性能指标进行比较。 3、根据要求的性能指标确定系统综合的一组期望极点。 4、假定系统状态均不可测，通过设计系统的全维状态观测器进行系统状态重构。 5、通过状态反馈法对系统进行极点配置，使系统满足要求的动态性51s 101s s1 U(s) X1(s) X2(s) X3(s)=Y(s) 能指标。 6、合理增加比例增益，使系统满足要求的稳态性能指标。 7、在Simulink 下对综合后的系统进行仿真分析，验证是否达到要求的性能指标的要求。 三、实验设计步骤 I 、按照极点配置法确定系统综合的方案 1、按图1 中选定的状态变量建立系统的状态空间数学模型 ① 列写每一个环节的传递函数 由图1有： 11223( )( )5( )( )1 0( )( )U sx ssx sxssxsxss ②叉乘拉式反变换得一阶微分方程组 由上方程可得 12132(5)( )( )(1 0 )( )( )( )( )sx sU ssxsx ssx sxs 即 1121232( )5( )( )( )( ) 1 0( )( )( )sx sx sU ssx sx sx ssx sx s  拉式反变换为 112123251 0xxUxxxxx  输出由图1可知为 3yx ③用向量矩阵形式表示 112233500111 0000100xxxxuxx           001yx 2、对原系统在Simulink下进行仿真分析，对所得的性能指标与要求的性能指标进行比较 原受控系统仿真图如下： 图2 原受控系统仿真图 原受控系统的阶跃响应如下图： 图3 原受控系统的阶跃响应曲线 很显然，原系统是不稳定的。 3、根据要求的性能指标确定系统综合的一组期望极点 由于原系统为三阶系统，系统有3个极点，选其中一对为主导极点1s 和2s ，另一个为远极点，并且认为系统的性能主要是由主导极点决定的，远极点对系统的影响很小。 根据二...