东南大学极点配置实验.doc
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1、东南大学极点配置实验东南大学自动化学院实 验 报 告课程名称: 自动控制基础 第 9 次实验实验名称: 控制系统极点的任意配置 院 (系): 自动化学院 专 业: 自动化 姓 名: 高卓越 学 号: 实 验 室: 机械动力楼419 实验时间: 2016 年 4 月29 日评定成绩: 审阅教师: 目 录一、 实验目的和要求2二、 实验原理2三、 实验设备与器材配置3四、 预习思考题3五、 实验步骤4六、 实验结果5七、 实验总结8一、 实验目的和要求1)掌握用状态反馈的设计方法实现控制系统极点的任意配置;2)用电路模拟的方法,研究参数的变化对系统性。二、 实验原理用全状态反馈实现二阶系统极点的任
2、意配置,并用电路模拟的方法予以实现;理论证明,通过状态反馈的系统,其动态性能一定会优于只有输出反馈的系统。设系统受控系统的动态方程为:下图为其状态变量图。图6-1 状态变量图令,其中,为系统的给定量,为系统状态变量,为控制量。则引入状态反馈后系统的状态方程变为。相应的特征多项式为:,调节状态反馈阵的元素,就能实现闭环系统极点的任意配置。图6-2为引入状态反馈后系统的方框图。图6-2 引入状态变量后系统的方框图实验时,二阶系统方框图如6-3所示。图6-3 二阶系统的方框图引入状态反馈后系统的方框图如图6-4所示。根据状态反馈后的性能指标:,试确定状态反馈系数K1和K2图6-4 引入状态反馈后的二
3、阶系统方框图三、 实验设备与器材配置THBDC-1实验平台THBDC-1虚拟示波器四、 预习思考题i. 判断系统的能控性。答:系统开环传递函数为:,故系统状态方程为:即 则,所以,系统完全能控。ii. 计算输出反馈时的超调量和过渡时间答:,而,取则,iii. 计算满足性能指标时的状态反馈系数答: 主导极点: 所以期望的特征多项式为: 两者进行比对得:,解得iv. 试说明状态反馈和状态观测之间的联系答:状态反馈是系统的状态变量通过比例环节传送到输入端去的反馈方式。状态变量能够全面地反映系统的内部特性,因此状态反馈比传统的输出反馈能更有效地改善系统的性能。考虑线性定常系统当将系统的控制u取为状态x
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