哈工大现代控制理论实验报告之二.docx

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1、现代控制理论基础上机实验报告之一基于降维观测器的超精密车床振动控制院系航天学院4系专业自动化姓名刘晓宇班号指导教师刘洋哈尔滨工业大学2014年6月2日1.降维观测器设计的工程背景简介在实验一中针对亚微米超精密车床的振动控制系统，我们采用全状态反馈法设计了控制规律。但是在工程实践中，传感器一般只能测量基座和床身的位移信号，不能测量它们的速度及加速度信号，所以后两个状态变量不能获得，换句话说全状态反馈很难真正实现。为了解决这个问题，本实验设计一个降维（2维）状态观测器，用来解决状态变量x2、x3的估计问题，从而真正实现全状态反馈控制。2.实验目的通过本次上机实验，使同学们熟练掌握：降

2、维状态观测器的概念及设计原理；线性系统分离原理的内涵；进一步熟悉极点配置及状态反馈控制律的设计过程；MATLAB语言的应用。3.性能指标闭环系统渐近稳定；降维观测器渐进稳定。4.实际给定参数K0=1200N/mm=120kgKe=980N/Ac=0.2R=300ΩL=0.95H5.控制系统的开环状态空间模型系统的状态方程为：状态空间表达式为：代入系统参数，6.降维观测器方程的推导过程自定义降维观测器极点为，。构造坐标变换矩阵P=则=用变换将系统变换成====降维感测器维数是n-p=2维降维观测器期望多项式为：设，则降维观测器的特征多项式为：=所以对应有由得到7.基于降维观测器的状

3、态反馈控制律设计性能指标，解得，；根据性能指标，解得。为留出一定的余量，取，。取，。第三个极点取为。于是，期望闭环特征多项式为引入状态反馈：加入状态反馈后的状态空间表达式为根据性能指标的极点，得到期望特征多项式：所以k2=-32，k1=68.6，k0=98；所求的状态反馈矩阵。8.闭环系统数字仿真的MATLAB编程设定初始条件，和报告一一样。9.实验结论及心得实验中闭环系统及降维观测器都渐进稳定，系统满足性能指标要求。通过本次实验，基本了解和掌握了降维状态观测器的概念及设计原理，还有线性系统分离原理的内涵。进一步熟悉极点配置及状态反馈控制律的设计过程，在实验过程中，大量使用了ma

4、tlab辅助设计，进一步学习了MATLAB语言的应用以及simulink的使用。