《现代理论控制实验3.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代理论控制实验3.doc（6页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。
1、现代控制理论实验报告专业:班级:姓名:学号:完成日期：成绩评定:1、 实验题目状态反馈控制器设计2、 实验目的1. 掌握状态反馈和输出反馈的概念及性质。2. 掌握利用状态反馈进行极点配置的方法。学会用MATLAB求解状态反馈矩阵。3. 掌握状态观测器的设计方法。学会用MATLAB设计状态观测器。4. 熟悉分离定理.学会设计带有状态观测器的状态反馈系统。三、实验过程及结果1. 已知系统1求解系统的零点、极点和传递函数.并判断系统的能控性和能观测性。2分别选取K=0 3 0.K=1 3 2.K=0 16 /3 1/3为状态反馈矩阵.求解闭环系统的零点、极点和传递函数.判断闭环系统的能控性和能观测性
2、。它们是否发生改变?为什么？3任选三个输出反馈矩阵.求解闭环系统的零点、极点和传递函数.并判断系统的能控性和能观测性。它们是否发生改变? 为什么？2. 已知系统1求解系统的极点。绘制系统的单位阶跃响应曲线.并确定系统的超调量和上升时间。2求解状态反馈矩阵K.使闭环系统的极点为和。求解状态反馈系统的传递函数。绘制该闭环系统的单位阶跃响应曲线.并确定系统的超调量和上升时间。与原系统比较, 性能是否改善？3设计一个全维观测器.使观测器的极点为-5.-5.-5。仿真状态观测器观测到的状态。4建立带全维状态观测器的状态反馈系统的状态空间表达式。求解带全维状态观测器的状态反馈系统的极点.是否是状态反馈系统
3、和观测器的极点的组合？为什么？求解该闭环系统的传递函数.与状态反馈系统的传递函数是否一致？为什么？绘制该闭环系统的单位阶跃响应曲线.并确定系统的超调量和上升时间。与状态反馈系统的单位阶跃响应曲线比较.验证两种反馈是否等价。三、实验结果1系统的零点、极点和传递函数如下由a=-3 0 0;0 2 0;0 0 -1;b=1 1 1;c=0.4 0.2667 0.3333;g1=ss； g1=tf得g1=s2+2s-2s3+2s2-5s-6由g1=zpk得s-1s+2s+3s+1s-2系统的零点为1,-2;系统的极点为-3.-1.2系统的能控性和能观性判断如下由Uc=ctrb;rank得ans =3.
4、所以系统是能控的由Vo=obsv;rank得ans =3.所以系统是能观的a. 选取K=0 3 0 为状态反馈矩阵.解得闭环系统的零点、极点和传递函数如下由a=-3 0 0;0 2 0;0 0 -1;b=1 1 1;k=0 3 0;a1=a+b*k得a1=由a1=-3 3 0;0 5 0;0 3 -1;b=1 1 1;c=0.4 0.2667 0.3333;g2=ss ；g2=tf得g1=s2+s-2s3-s2-17s-15由g2=zpk得s-1s+2s-5s+3s+1系统的零点为1,-2;系统的极点为-3.-1.5系统的能控性和能观性判断如下由Uc=ctrb;rank得ans =3.所以系统
5、是能控的由Vo=obsv;rank得ans =3.所以系统是能观的可见系统的传递函数和极点发生了改变.但是能控性没有变化.这是因为引入状态反馈矩阵会改变系统的特征值.且不改变系统的能控性.但不保证系统的能观性不变。b选取K=1 3 2为状态反馈矩阵.解得闭环系统的零点、极点和传递函数如下由a=-3 0 0;0 2 0;0 0 -1;b=1 1 1;k=1 3 2;a2=a+b*k得a2=由a2=-2 3 2;1 5 2;1 3 1;b=1 1 1;c=0.4 0.2667 0.3333;g3=ss；g3=tf得g3=s2+s-2s3-4s2-18s-1由g3=zpk得s-1s+2s-6.706
6、s+2.65s+0.05627系统的零点为1,-2;系统的极点为6.706.2.65.0.05267系统的能控性和能观性判断如下由Uc=ctrb;rank得ans =3.所以系统是能控的由Vo=obsv;rank得ans =3.所以系统是能观的可见系统的传递函数和极点发生了改变.但是能控性没有变化.这是因为引入状态反馈矩阵会改变系统的特征值.且不改变系统的能控性.但不保证系统的能观性不变。c选取K=0 16 /3 1/3为状态反馈矩阵.解得闭环系统的零点、极点和传递函数如下由a=-3 0 0;0 2 0;0 0 -1;b=1 1 1;k=0 16/3 -1/3;a3=a+b*k得a3=由a3=
7、-3 16/3 -1/3;0 22/3 -1/3;0 16/3 -4/3;b=1 1 1;c=0.4 0.2667 0.3333;g4=ss；g4=tf得g4=s2+s-2s3-3s2-26s-24由g4=zpk得s-1s+2s+3s+1.123s-7.123系统的零点为1,-2;系统的极点为-3.-1.123.7.123系统的能控性和能观性判断如下由Uc=ctrb;rank得ans =3.所以系统是能控的由Vo=obsv;rank得ans =3.所以系统是能观的可见系统的传递函数和极点发生了改变.但是能控性没有变化.这是因为引入状态反馈矩阵会改变系统的特征值.且不改变系统的能控性.但不保证系
8、统的能观性不变。选h=5为状态输出矩阵.解得闭环系统的零点、极点和传递函数如下由a=-3 0 0;0 2 0;0 0 -1;b=1 1 1;c=0.4 0.2667 0.3333;h=5;A=a+b*h*c得A=由A=;b=1 1 1;c=0.4 0.2667 0.3333;g=ss；g=tf得g=s2+s-2s3-3s2-10s+3.998由g=zpk得s-1s+2s-4.881s+2.246s-0.3648系统的零点为1,-2;系统的极点为4.881.-2.246.0.3648系统的能控性和能观性判断如下由Uc=ctrb;rank得ans =3.所以系统是能控的由Vo=obsv;rank得
9、ans =3.所以系统是能观的可见系统的传递函数和极点发生了改变.但是能控性和能观性没有变化.这是因为引入输出反馈矩阵会改变系统的特征值.且不改变受控系统的能控性和能观性。2.系统极点如下由a=0 1 0;0 0 1;0 -2 -3;b=0 0 1;c=1 0 0;g1=ss；g1=zpk得1ss+1(s+2)系统极点为0.-1.-2由step得系统阶跃响应曲线如下可以看出曲线是一直上升的.超调量和上升时间无法计算状态反馈矩阵K如下由a=0 1 0;0 0 1;0 -2 -3;b=0 0 1;p=-3 -1/2+*i -1/2-*i;k=acker得k=3 2 1状态反馈系统的传递函数如下由a=0 1 0;0 0 1;0 -2 -3;b=0 0 1;k=3 2 1;a1=a+b*k；a1=0 1 0;0 0 1;3 0 -2;b=0 0 1;c=1 0 0;g2=ss得g2=1s3+2s2+4.441e-016s-3由step hold on step得系统阶跃响应曲线如下设计的全维观测器如下a=0 1 0;0 0 1;0 -2 -3;b=0 0 1;c=1 0 0;g1=ssa=0 1 0;0 0 1;0 -2 -3;b=0 0 1;p=-5 -5 -5;c=1 0 0;l=ackerxo,x,t=simobsv;plot观测器观测到的状态如下其中l=1237-106 / 6
