1、<p><b>　　計(jì)算機(jī)控制技術(shù)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　學(xué)院： 電力學(xué)院 自動(dòng)化**班</p><p><b>　　學(xué)號： </b></p><p><b>　　姓名： </b>&l

2、t;/p><p><b>　　指導(dǎo)老師： **</b></p><p>　　華 北 水 利 水 電 學(xué) 院</p><p>　　控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間設(shè)計(jì)</p><p><b>　　【設(shè)計(jì)對象】</b></p><p><

3、;b>　　系統(tǒng)的對象模型為：</b></p><p><b>　　【設(shè)計(jì)目的】</b></p><p>　　A：試確定一個(gè)狀態(tài)負(fù)反饋陣K，使相對于單位陣階躍參考</p><p>　　輸入的輸出過渡過程，滿足如下的期望指標(biāo)：超調(diào)量<=20%,</p><p>　　峰值時(shí)間<=0.4s。<

4、/p><p>　　B：如果系統(tǒng)的狀態(tài)變量在實(shí)際上無法測量，試確定一個(gè)狀態(tài)觀測器（全維狀態(tài)觀測器），使得通過基于狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋，滿足上述期望的性能指標(biāo)。</p><p><b>　　【設(shè)計(jì)要求】</b></p><p>　　要求學(xué)生掌握當(dāng)Gc（s）設(shè)計(jì)好后如何將其變換為離散算法Gc（Z）以及如何將Gc（Z）轉(zhuǎn)換在計(jì)算機(jī)上可完成計(jì)算的迭代方程。&

5、lt;/p><p>　　要求學(xué)生能掌握工業(yè)中常用的基本PID算法。</p><p>　　掌握一階向前，向后差分及雙線性變換離散化的具體做法及應(yīng)用場合。</p><p>　　熟悉PID兩種基本算法的計(jì)算公式：位置算法和增量算法。</p><p>　　熟練使用MATLAB軟件，掌握其仿真的方法、步驟及參數(shù)設(shè)置。</p><p>

6、;　　了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及相應(yīng)設(shè)備的選用等問題。</p><p><b>　　【設(shè)計(jì)方法及步驟】</b></p><p>　　利用Simulink進(jìn)行仿真，判斷是否滿足期望的性能指標(biāo)。</p><p>　　系統(tǒng)仿真方框圖如下：</p><p><b>　　系統(tǒng)仿真結(jié)果如下：</b></p

7、><p>　　有圖可知，系統(tǒng)不滿足期望的性能指標(biāo)，需要進(jìn)行配置。</p><p>　　2、由期望的性能指標(biāo)求出閉環(huán)系統(tǒng)的期望極點(diǎn)。</p><p>　　首先有典型二階系統(tǒng)性能指標(biāo)與系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系，確定</p><p>　　統(tǒng)參數(shù)，然后再確定系統(tǒng)的主導(dǎo)極點(diǎn)和非主導(dǎo)極點(diǎn)。</p><p>　　由系統(tǒng)的性能指標(biāo)：超調(diào)量<

8、;=20%,峰值時(shí)間<=0.4s?？梢郧?lt;/p><p>　　出ζ=0.456 Wn=8.84。</p><p>　　因此選取ζ=0.469 Wn=9.64 為系統(tǒng)參數(shù)</p><p><b>　　可以求得：</b></p><p>　　由系統(tǒng)的特征方程可以求出系統(tǒng)的特征根為：</p>&

9、lt;p>　　S 1=--4.52+8.51j，S2=,-4.52-8.51j</p><p>　　令系統(tǒng)的非主導(dǎo)極點(diǎn)為：</p><p><b>　　S3=-45</b></p><p>　　則需要配置的極點(diǎn)是是：</p><p>　　P=[-4.52+8.51j,-4.52-8.51j,-45];</p&

10、gt;<p>　　3，求出系統(tǒng)空間表達(dá)式。利用MATLAB有關(guān)模型轉(zhuǎn)換函數(shù)可求得</p><p><b>　　A =</b></p><p>　　-12 -32 -1</p><p>　　1 0 0</p><p>　　0 1 0</p><p&

11、gt;<b>　　B =</b></p><p><b>　　1</b></p><p><b>　　0</b></p><p><b>　　0</b></p><p><b>　　C =</b></p><p&g

12、t;　　0 0 1</p><p><b>　　D =</b></p><p><b>　　0</b></p><p>　　4、判斷系統(tǒng)的能控能關(guān)性，確定系統(tǒng)是否能夠通過狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)極點(diǎn)的任意配置。</p><p>　　能控性判別，能控性判別矩陣為</p><p&

13、gt;　　系統(tǒng)的可控矩陣階數(shù)為3，為滿秩，則系統(tǒng)是能控的。</p><p>　　5，求出用于極點(diǎn)配置的狀態(tài)矩陣K：利用函數(shù)K=acker（A,B,P）,其中參數(shù)A、B為系統(tǒng)的狀態(tài)方程參數(shù)矩陣，P為期望的極點(diǎn)向量，K為狀態(tài)反饋矩陣。</p><p><b>　　K =</b></p><p>　　1.0e+003 *</p><

14、;p>　　0.0420 0.4677 4.1773</p><p>　　6，求出輸入增益Nbar：</p><p><b>　　Nbar =</b></p><p>　　4.1783e+003</p><p>　　7，求出反饋后系統(tǒng)的閉環(huán)狀態(tài)空間表達(dá)式：</p><p><

15、b>　　At =</b></p><p>　　1.0e+003 *</p><p>　　-0.0540 -0.4997 -4.1783</p><p>　　0.0010 0 0</p><p>　　0 0.0010 0</p><p>&l

16、t;b>　　Bt =</b></p><p>　　1.0e+003 *</p><p><b>　　4.1783</b></p><p><b>　　0</b></p><p><b>　　0</b></p><p><b>

17、　　Ct =</b></p><p>　　0 0 1</p><p><b>　　Dt =</b></p><p><b>　　0</b></p><p>　　系統(tǒng)的階躍響應(yīng)如下：</p><p><b>　　由圖可知所求的</b&

18、gt;</p><p><b>　　K =</b></p><p>　　42 467.7 4177.3</p><p>　　滿足所給定的性能指標(biāo)。</p><p>　　8，配置狀態(tài)觀測器：</p><p><b>　　由于期望極點(diǎn)為：</b><

19、/p><p>　　P=[-4.52+8.51j,-4.52-8.51j,-45];</p><p>　　又由于希望觀測器的響應(yīng)要快于原系統(tǒng)的響應(yīng)，配置狀態(tài)觀測器的極點(diǎn)應(yīng)盡量離原極點(diǎn)距離遠(yuǎn)一些，故可設(shè)為為：</p><p>　　P=[-18+34j,-18-34j,-90];</p><p>　　9，a:求系統(tǒng)的能關(guān)矩陣：</p>&

20、lt;p><b>　　Qo =</b></p><p>　　0 0 1</p><p>　　0 1 0</p><p>　　1 0 0</p><p>　　可知系統(tǒng)能觀測，可以進(jìn)行配置。</p><p>　　b:求狀態(tài)觀測器增益矩陣：</

21、p><p><b>　　L =</b></p><p>　　1.0e+004 *</p><p>　　8.9711 0.3320 0.0114</p><p>　　10,求基于狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋閉環(huán)系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式：</p><p><b>　　At =</b>

22、</p><p>　　1.0e+005 *</p><p>　　-0.0013 -0.0472 -1.3320 0.0011 0.0469 1.3320</p><p>　　0.0000 0 0 0 0 0</p><p>　　0

23、0.0000 0 0 0 0</p><p>　　0 0 0 -0.0001 -0.0003 -0.8971</p><p>　　0 0 0 0.0000 0 -0.0332</p><p>　　0

24、 0 0 0 0.0000 -0.0011</p><p><b>　　Bt =</b></p><p><b>　　133200</b></p><p><b>　　0</b></p><p><b>　　0&l

25、t;/b></p><p><b>　　0</b></p><p><b>　　0</b></p><p><b>　　0</b></p><p><b>　　Ct =</b></p><p>　　0 0 1

26、 0 0 0</p><p><b>　　Dt =</b></p><p><b>　　0</b></p><p>　　系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果如下： </p><p>　　由圖可知，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)比原系統(tǒng)有較快的響應(yīng)，且滿足所設(shè)定的條件。</p><p>

27、<b>　　設(shè)計(jì)所用程序如下：</b></p><p><b>　　【課程設(shè)計(jì)總結(jié)】</b></p><p>　　在徐俊紅老師的帶領(lǐng)下，我們進(jìn)行了為期一周的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)，使我在設(shè)計(jì)過程中收獲很多：在設(shè)計(jì)過程中我們運(yùn)用到MATLAB軟件，我學(xué)會(huì)了怎樣使用程序來完成要求；在設(shè)計(jì)過程中要從整體上把握，需要耐心；在設(shè)計(jì)過程中同學(xué)們之間的合作交流