实验七状态反馈与状态观察器一、实验目的1.掌握用状态反馈进行极点配备的办法。2.理解带有状态观察器的状态反馈系统。二、实验原理1.闭环系统的动态性能与系统的特性根亲密有关，在状态空间的分析中可运用状态反馈来配备系统的闭环极点。这种校正手段能提供更多的校正信息，在形成最优控制率、克制或消除扰动影响、实现系统解耦等方面获得广泛应用。在改善与提高系统性能时不增加系统零、极点，因此不变化系统阶数，实现方便。2.已知线形定常系统的状态方程为为了实现状态反馈，需要状态变量的测量值，而在工程中，并不是状态变量都能测量到，而普通只有输出可测，因此但愿运用系统的输入输出量构成对系统状态变量的预计。解决的办法是用计算机构成一种与实际系统含有同样动态方程的模拟系统，用模拟系统的状态向量作为系统状态向量的估值。状态观察器的状态和原系统的状态之间存在着误差，而引发误差的因素之一是无法使状态观察器的初态等于原系统的初态。引进输出误差的反馈是为了使状态预计误差尽量快地衰减到零。状态预计的误差方程为误差衰减速度，取决于矩阵（A-HC）的特性值。3.若系统是可控可观的，则可按极点配备的需要选择反馈增益阵k，然后按观察器的动态规定选择H，H的选择并不影响配备好的闭环传递函数的极点。因此系统的极点配备和观察器的设计可分开进行，这个原理称为分离定理。三、实验内容1.设控制系统如6.1图所示，规定设计状态反馈阵K，使动态性能指标满足超调量，峰值时间。2.被控对象传递函数为写成状态方程形式为式中模拟电路图如6.2图所示。3.带有状态观察器的状态反馈系统方框图如6.3图所示。四、实验成果1、图6.1系统状态空间体现式设计状态反馈矩阵加入状态反馈的系统构造图2、对给定系统配备状态观察器状态反馈阵K与状态观察阵H均由计算机给出，系统模拟运算电路图以下：-10.95.9x1x2U(t)_输入阶跃信号，系统仿真成果以下：(图1、3未加状态观察，图2、4加状态观察)数字仿真成果：不加状态观察器图1加状态观察器图2半实物仿真成果：图3图4结论：从实验的波形能够看出，系统增加状态观察器后，能够减小超调量和调节时间，另外系统的振荡性减少，更加平稳。3变化观察极点值：0.1+0.1i0.1-0.1i0.1+0.2i0.1-0.2i0.1+0.25i0.1-0.25i0.1+0.3i0.1-0.3i0.1+0.4i0.1-0.4i数字结论：观察极点y绝对值不大于0.3时，系统超调量减少，调节时间变短，振荡减少。当y绝对值不不大于0.3，系统处在发散状态。实验感想：学习并理解用状态反馈进行极点配备的办法。理解带有状态观察器的状态反馈系统，理解变化观察极点对系统影响。
