毕业论文-基于最优估算的状态观测器的设计与研究

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1、上海理工大学毕业设计（论文）基于最优估算的调速状态观测器的设计及研究摘要状态反馈是现代控制理论中一种非常重要的控制规律。在工程实践中，当状态变量不能直接检测时，通常构造系统的渐近状态观测器来重构系统的状态以实现状态反馈。我们经常看到书中，状态观测器的设计都是默认系统的输出完全可测。然而，在工程实践中，由于物理或经济条件所限，某些控制系统的输出变量并不能够完全可测。例如在直流调速系统中，负载转矩作为一个外加扰动量而存在。但是对负载转矩的测量是十分困难的，由此我们可以利用负载转矩观测器估值，实现对转矩的测量，从而实现对转矩变化的扰动补偿。而对于现有的电动机，

2、安装测速发电机不仅麻烦而且不经济。由此，我们可以利用状态观测器分别对转速和负载转矩进行状态重构，并且用重构的状态进行状态反馈，从而使调速系统更经济、更具抗扰性。关键词：状态观测器，状态反馈，最优估算-47-上海理工大学毕业设计（论文）BASEDONTHEOPTIMALESTIMATIONSPEEDCONTROLSYSTEMSTATEOBSERVERDESIGNANDRESEARCHABSTRACTStatefeedbackisakindofveryimportantcontrollawinthemoderncontroltheory.Intheengin

3、eeringpractice,whenthestatevariablescannotbemeasureddirectly,theyareusuallyconstructedbytheasymptoticstateobserverofthesystemtorealizethestatefeedback.Inthepastliteratures,whendesigningthestateobservers,authorsalwaystookitforgrantedthattheoutputvariablescouldbemeasuredcompletely.

4、However,intheengineeringpractices,limitedbythephysicaloreconomicconditions,theoutputvariablesofsomecontrolsystemscouldnotbemeasuredcompletely.WetaketheDCconvertersystemforanexample,theload-torsionisseemedasanadditionaldisturbance.Butitdifficultforustomeasureit,thuswecangetuseofth

5、estateobservertoreconstructtheload-torsion.FortheexistingDCmotor,itishardandlesseconomicforustoequipspeed-measuringmachine.Thusweneedtodesignastateobservertoestimatespeedandtheloadtorsion,andtheestimationwillbeusedastheplantofthestatefeedback,anddoingthiscanmakethesystemmoreecono

6、micandbemoreanti-disturbance.KEYWORDS:stateobservers,statefeedback,optimalestimation-47-上海理工大学毕业设计（论文）目录中文摘要ABSTRACT第一章状态观测器及其应用11.1状态观测器11.1.1全阶观测器的设计准则31.1.2全阶观测器的系统分析41.1.3观测器的极点配置51.1.4降阶观测器51.1.5进一步的讨论71.2直流调速系统中状态观测器的应用8第二章系统各部分介绍及设计内容102.1直流电动机102.2桥式可逆PWM变换器112.3PWM控制器122

7、.4转速、负载转矩调节器的设计142.5降阶状态观测器的设计18第三章系统各部分介绍及设计内容223.1MATLAB/SIMULINK简介223.2基于MATLAB的控制系统仿真及分析22第四章小结27谢辞28参考文献29附录外文资料翻译30原文30译文38-47-上海理工大学毕业设计（论文）第一章状态观测器及其应用带状态观测器的状态反馈系统引入状态反馈可以得到较好的系统性能，而实现状态反馈的前提是状态变量必须能用传感器测量得到。但是由于种种原因，状态变量并不是都可测量得到。例如，系统中的某些状态基于系统的结构特性或者是状态变量本身无物理意义，而无法测得

8、；有些状态变量虽然可以测量得到，但应用的传感器价格很贵；有些状态信号很微弱，在测