东南大学自动化学院 实 验 报 告 课程名称： 自动控制基础 实验名称： 状态观测器的设计 院 （系）： 自动化学院 专 业： 自动化 姓 名： 吴静 学 号： ******** 实 验 室： 机械动力楼 4 1 7 室 实验组别： 同组人员： 实验时间：2 0 1 1 年 0 5 月 1 3 日 评定成绩： 审阅教师： 2 一、实验目的 1. 理解观测器在自动控制设计中的作用 2. 理解观测器的极点设置 3. 会设计实用的状态观测器 二、实验原理 如果控制系统采用极点配置的方法来设计，就必须要得到系统的各个状态，然后才能用状态反馈进行极点配置。然而，大多数被控系统的实际状态是不能直接得到的，尽管系统是可以控制的。怎么办？如果能搭试一种装置将原系统的各个状态较准确地取出来，就可以实现系统极点任意配置。于是提出了利用被控系统的输入量和输出量重构原系统的状态，并用反馈来消除原系统和重构系统状态的误差，这样原系统的状态就能被等价取出，从而进行状态反馈，达到极点配置改善系统的目的，这个重构的系统就叫状态观测器。 另外，状态观测器可以用来监测被控系统的各个参量。 观测器的设计线路不是唯一的，本实验采用较实用的设计。 给一个被控二阶系统，其开环传递函数是 G（s）=12(1)(1)KT sT s ，12 KK K观测器如图示。 设被控系统状态方程 X=AX+BuY=CX 构造开环观测器，X Y 为状态向量和输出向量估值 XA X +BuYXC• 由于初态不同，估值X 状态不能替代被控系统状态 X ，为了使两者初态跟随，采用输出误差反馈调节，加入反馈量 H(Y-Y) ，即构造闭环观测器，闭环观测器对重构造的参数误差也有收敛作用。 X =A X +Bu+H(Y-Y)YCX• 3 也 可 写 成 X =(A-HC) X +Bu+HYYCX• 只 要 （ A-HC） 的 特 征 根 具 有 负 实 部 ， 状 态 向 量 误 差 就 按 指 数 规 律 衰 减 ， 且 极 点 可 任 意 配 置 ，一 般 地 ，（ A-HC） 的 收 敛 速 度 要 比 被 控 系 统 的 响 应 速 度 要 快 。 工 程 上 ， 取 小 于 被 控 系 统 最 小时 间 的 3 至 5 倍 ， 若 响 应 太 快 ， H 就 要 很 大 ， 容 易 产 生 噪 声 干 扰 。 实 验 采 用 X=A X+Bu+H(Y-Y)• 结 构 ， 即 输 出 误 差 反 馈 ， 而 不...
