计算机控制系统:计控综合作业2(陈逸人).docxVIP

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飞控 陈逸人110325班 PAGE \* MERGEFORMAT7 计算机控制系统综合习题2 已知: 被控对象为一个带有均质圆盘负载的直流力矩电机,其伺服系统方框图如下: 其中,电机传递函数为角速率ω/Δu 和转角θ/Δu;模拟控制器由KG1,KG2,KG3 组成,数字控制器由采样、CPU(控制律)和D/A组成。给定参数如下: ?电机传递函数,, ?电机启动电压 ?测速机传递系数 ?电位计最大转角为 ,输出 ?功放 ?采样周期 2.设计要求: 1)D/A输出120mV,电机启动 2)D/A 输出5V,电机转速ω=26rad/s 3)设计状态反馈增益,使系统闭环极点ξ ≥0.9,ωn ≥ 20 rad/s 4)设θ可测,设计降维观测器,观测器衰减速率是系统闭环衰减速率的4 倍 5)求离散控制律D(z) 6)将D(z)进行实现,配置适当的比例因子 7)编制程序框图,给出控制律的差分方程 解: 由1)得,,又,则 由2)得, 其中,,,, 解得: 所以, 设计状态反馈增益K 由3), 可令 则时域上系统的根 Z域上系统的根 令,为状态变量,可得被控对象状态方程: 由matlab求得离散状态方程矩阵F和G(采样周期T=0.01s) a=[0 1;0 -54.48]; b=[0;283.32]; [F,G]=c2d(a,b,0.01), 由matlab中的Ackermann公式求得状态反馈增益K a=[0 1;0 -54.48]; b=[0;283.32]; [F,G]=c2d(a,b,0.01) P=[0.8321+0.0727i,0.8321-0.0727i]; K=acker(F,G,P) 由此,状态反馈控制律为 设计降维状态观测器及控制律 由4)可得,期望极点为s=-18*4=-72,映射到z域上z=0.4868 ,,,,, , 由matlab中的Ackermann公式求得观测器增益 T=0.01; F22=0.58; F12=0.0077; P=0.4868; L=acker(F22,F12,P); 得到L=12.1039 由题,可观测, 依照降维状态观测器计算公式 得 对状态反馈矩阵 对以上两式进行Z变换得 联立两式子得并整理得 则 采用直接零极型编排: -1.3613 -0.3911 D/A A/D -0.9648 z-1 θt ut 配置比例因子: (1)考虑系数的情况 因为系数-1.3613绝对值大于1,因此必须乘以比例因子2-1。为使其所在回路增益保持不变,正向回路必须乘以比例因子2,。为使从头至尾的稳态增益不变,输入必须乘以2-1。其余支路和回路作相应调整。 (2)确定控制器中间变量的最大值,对整个环节进行配??? 稳态增益 高频特性 因此选择比例因子为 (3)考虑A/D和D/A的量程 , 所以,得配置好的比例因子的结构编排图如下: 算法的差分方程: 算法1: u1k=-0.1206ek+x(k-1) u2k=12u1(k)-1 u1k12u1(k)12u1k-12 uk=14u2(k)-1 u1k14u1(k)14u1k-14 算法2: xk=-0.1702ek-0.1956u2k 算法流程图如下: u(k) u2(k) u1(k) x(k) -14 14 -0.1702 -0.1956 D/A A/D -0.1206 z-1 θt ut 4 12 2 -12

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