2022年控制系统状态空间设计方案书计算机控制技术课程设计方案书.docx

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1、精品学习资源运算机掌握技术课程设计学院： 电力学院 自动化 * 班学号： 20060*姓名： 王*指导老师：徐 *华北水利水电学院欢迎下载精品学习资源掌握系统的状态空间设计【设计对象】系统的对象模型为：【设计目的】A：试确定一个状态负反馈阵 K ，使相对于单位阵阶跃参考输入的输出过渡过程，满意如下的期望指标：超调量=20%, 峰值时间 =0.4s；B：假如系统的状态变量在实际上无法测量，试确定一个状态观测器（全维状态观测器），使得通过基于状态观测器的状态反 馈，满意上述期望的性能指标；【设计 要求】1. 要求同学把握当Gc（s ）设计好后如何将其变换为离散算法Gc（ Z）以及如何将 Gc（ Z

2、）转换在运算机上可完成运算的迭代方程；2. 要求同学能把握工业中常用的基本PID 算法；3. 把握一阶向前，向后差分及双线性变换离散化的详细做法及应用场合；4. 熟识 PID 两种基本算法的运算公式：位置算法和增量算法；5. 娴熟使用 MATLAB软件，把握其仿真的方法、步骤及参数设置；欢迎下载精品学习资源6. 明白运算机掌握系统的组成及相应设备的选用等问题；【设计方法及步骤】1、 利用 Simulink进行仿真，判定是否满意期望的性能指标；系统仿真方框图如下：系统仿真结果如下：有图可知，系统不满意期望的性能指标，需要进行配置；2、由期望的性能指标求出闭环系统的期望极点；第一有典型二阶系统性能

3、指标与系统参数之间的关系，确定欢迎下载精品学习资源统参数，然后再确定系统的主导极点和非主导极点；由系统的性能指标：超调量 =20%,峰值时间 =0.4s；可以求出=0.456Wn=8.84；因此选取 =0.469Wn=9.64 为系统参数可以求得：由系统的特点方程可以求出系统的特点根为：S1=-4.52+8.51j， S2=,-4.52-8.51j令系统的非主导极点为：S3=-45就需要配置的极点是是：P=-4.52+8.51j,-4.52-8.51j,-45；3，求出系统空间表达式；利用 MATLAB 有关模型转换函数可求得A =-12-32-1100010B =100欢迎下载精品学习资源C

4、 =001D =04、判定系统的能控能关性，确定系统是否能够通过状态反馈实现极点的任意配置；能控性判别，能控性判别矩阵为系统的可控矩阵阶数为 3，为满秩，就系统是能控的；5，求出用于极点配置的状态矩阵K ：利用函数 K=acker（ A,B,P）, 其中参数 A、B 为系统的状态方程参数矩阵， P 为期望的极点向量， K 为状态反馈矩阵；K =1.0e+003 *0.04200.46774.17736，求出输入增益 Nbar： Nbar =4.1783e+0037，求出反馈后系统的闭环状态空间表达式： At =1.0e+003 *欢迎下载精品学习资源-0.0540-0.4997-4.17830

5、.00100000.00100Bt =1.0e+003 *4.178300Ct =001Dt =0系统的阶跃响应如下：欢迎下载精品学习资源由图可知所求的K = 42467.74177.3满意所给定的性能指标；8，配置状态观测器： 由于期望极点为：P=-4.52+8.51j,-4.52-8.51j,-45；又由于期望观测器的响应要快于原系统的响应，配置状态观测器的极点应尽量离原极点距离远一些，故可设为为：P=-18+34j,-18-34j,-90 ；9， a:求系统的能关矩阵：Qo =001欢迎下载精品学习资源010100可知系统能观测，可以进行配置；b:求状态观测器增益矩阵： L =1.0e+

6、004 *8.97110.33200.011410,求基于状态观测器的状态反馈闭环系统的状态空间表达式：At = 1.0e+005 *-0.0013-0.0472-1.33200.00110.04691.33200.00000000000.00000000000-0.0001-0.0003-0.89710000.00000-0.033200000.0000-0.0011Bt =13320000000Ct =001000Dt =0系统的运行结果如下：欢迎下载精品学习资源由图可知，系统的阶跃响应比原系统有较快的响应，且满意所设定的条件；设计所用程序如下：欢迎下载精品学习资源【课程设计总结】在徐俊红老师的带领下，我们进行了为期一周的运算机掌握技术课程设计，使我在设计过程中收成许多：在设计过程中我们运用到MATLAB软件，我学会了怎样使用程序来完成要求；在设计过程中要从整体上把握，需要耐心；在设计过程中同学们之间的合作沟通很重要，可以解决许多问题，并从中熟识到自己学习和运用中的许多不足；欢迎下载精品学习资源参考文献： 1.魏巍 .MATLAB掌握工程工具箱技术手册.北京：国防工业出版社，2004.1欢迎下载