现代控制工程大作业.docxVIP

目 录题目一：1一、系统设计及仿真分析11、确定被控系统状态空间表达式12、系统能控、能观性判别13、系统极点配置14、确定状态反馈增益矩阵25、确定输入变换线性放大器K26、验证跟踪单位斜坡输入信号的稳态误差27、利用SIMULINK建立控制系统的动态仿真模型3（1）跟踪单位阶跃信号的动态仿真分析3（2）跟踪单位斜坡信号的动态仿真分析3二、采用全维状态观测器的状态反馈系统41、配置闭环系统状态观测器极点42、确定观测器偏差反馈增益矩阵G43、利用SIMULINK建立系统动态仿真模型5（1）对单位阶跃输入信号仿真分析5（2）对单位斜坡输入信号仿真分析64、与采用直接状态反馈的控制系统仿真结果比较7（1）且时的仿真结果比较7（2）且时的仿真结果比较75、单位阶跃输入作用下状态估值误差收敛性分析8（1）收敛过程分析8（2）收敛速度与状态观测器极点的关系及对系统性能的影响9三、实现状态反馈的降维观测器设计101、通过线性变换使状态向量按输出可检测性分解102、确定降维观测器的反馈增益矩阵113、列写降维观测器状态方程并重构原系统状态114、利用SIMULINK建立系统动态仿真模型12（1）跟踪单位阶跃信号的动态仿真分析12（2）跟踪单位斜坡信号的动态仿真13题目二：15一、线性二次型最优控制律设计151、判断系统是否具有最优控制律152、非零给定点的最优控制设计及仿真分析153、权矩阵的各权值对动态性能的影响分析17（1）固定 ，使 分别取1，10,100,100017（2）固定 ，使 分别取1，10,100,100018（3）固定 ，使 分别取1，10,100,1000194、使系统具有良好动、静态性能的线性二次型最优控制20题目一：设被控系统的传递函数为，现在采用带有输入变换的状态反馈控制（如教材图5-15）改善系统的性能，要求控制系统满足如下性能指标：超调量；调节时间秒；跟踪阶跃输入信号的稳态误差；跟踪单位斜坡输入信号的稳态误差。(1)根据控制系统综合指标设计状态反馈增益矩阵及输入变换线性放大器，并在SIMULINK中建立控制系统的动态仿真模型，对系统的动态和静态性能进行仿真分析。(2)根据控制系统的响应速度，合理确定状态观测器系统矩阵期望特征值的分布，设计对状态向量进行估计的全维状态观测器以实现状态反馈，并保证控制系统的性能仍满足要求；在SIMULINK中建立采用状态观测器实现状态反馈的控制系统的动态仿真模型，对系统的动态和静态性能进行仿真分析，并与采用直接状态反馈的控制系统仿真结果比较；观察单位阶跃输入作用下状态估计值与状态真实值的误差的收敛过程，并研究状态估计误差收敛速度与状态观测器极点的关系及其对系统性能的影响。(3)设系统输出量可准确测量，试设计实现状态反馈的降维观测器，在SIMULINK中建立采用降维状态观测器实现状态反馈的控制系统的动态仿真模型，对系统的动态和静态性能进行仿真分析。一、系统设计及仿真分析1、确定被控系统状态空间表达式被控系统传递函数为则其能观型状态空间表达式为2、系统能控、能观性判别系统能控性判别矩阵则，所以系统完全能控；又因为其状态空间表达式为能观标准型，所以系统完全能观。综上所述，此系统既能控又能观。3、系统极点配置根据系统性能指标要求：，由，可推出，取；由，，得，取。根据经典控制理论，二阶系统闭环传递函数标准形式为，将，代入式，得期望的闭环主导极点为；选择一个期望的闭环非主导极点离虚轴为主导极点的5倍以上，即。则期望的闭环特征多项式为4、确定状态反馈增益矩阵由上已知，系统完全能控，所以可以通过状态反馈任意配置系统闭环极点。应用MATLAB极点配置函数求解状态反馈增益矩阵，代码如下：A=[0 0 0;1 0 -72;0 1 -18];B=[1;0;0];P=[-7.7+j*7.8556;-7.7-j*7.8556;-46.2];F=place(A,B,P)求得状态反馈增益矩阵5、确定输入变换线性放大器K根据题目要求，跟踪单位阶跃参考输入信号的稳态误差，求得，则带有输入变换的状态反馈系统传递函数6、验证跟踪单位斜坡输入信号的稳态误差将带有输入变换的状态反馈系统等效为具有单位负反馈的闭环系统，系统方框图如下所示：图1-1 等效单位负反馈闭环系统方框图则系统传递函数求得，对于单位斜坡输入信号，；则所以，所设计系统能满足要求系统性能指标。7、利用SIMULINK建立控制系统的动态仿真模型图1-2 带有输入变换的状态反馈系统（1）跟踪单位阶跃信号的动态仿真分析为便于输出图形数据的观察比较，在t=0.5s处输入单位阶跃响应，仿真结果如下图所示：图1-3 单位阶跃响应图1-4 单位阶跃响应局部放大图静态性能分析：由图1-3可知，系统满足跟踪阶跃输入信号的稳态误差。动态性能分析：从局部放大图1-4中易知，超调