华北水利水电学院计算机控制技术课程设计汇本

1、计算机控制技术课程设计学院：电 力 学 院专业： 自 动 化 班级： 2009 班学号： 2009 指导老师 : 徐俊红华北水利水电学院目录一、设计容1.1 对象模型1.2 设计目的1.3 设计要求二、设计方法及步骤2.1 设计方法2.2 设计具体步骤2.3 matlab 仿真结果展示三、仿真设计程序四、心得体会控制系统的状态空间设计1.1 【设计对象】系统的对象模型为：1.2 【设计目的】A:试确定一个状态负反馈阵 K,使相对于单位阵阶跃参考输入的输出过渡过程，满足如下的期望指标： 超调量 <=20%,峰值时间 <=0.4s 。B:如果系统的状态变量在实际上无法测量，试确定一个状

2、态观测 器(全维状态观测器)，使得通过基于状态观测器的状态反馈，满 足上述期望的性能指标。1.3 【设计要求】1. 要求学生掌握当Gc(s)设计好后如何将其变换为离散算法 Gc(Z) 以及如何将Gc( Z)转换在计算机上可完成计算的迭代方程。2. 要求学生能掌握工业中常用的基本 PID 算法。3. 掌握一阶向前，向后差分及双线性变换离散化的具体做法及应用 场合。4. 熟悉 PID 两种基本算法的计算公式：位置算法和增量算法。5. 熟练使用MATLAB件，掌握其仿真的方法、步骤及参数设置。6. 了解计算机控制系统的组成及相应设备的选用等问题。二【设计方法及步骤】1、 利用Simulink进行仿真

3、，判断是否满足期望的性能指标系统仿真方框图如下：系统仿真结果如下:有图可知，系统不满足期望的性能指标，需要进行配置1.判断系统的能控能观性，确定系统是否能够通过状态反馈实现极点任意配置。能控性判别，能控性判别矩阵为001Q0112112112系统的可控矩阵阶数为3,为满秩，则系统是能控的。2.由期望的性能指标求出闭环系统的期望极点。第一步：由典型二阶系统性能指标与系统参数之间的关系， 确定系统 参数，然后确定系统的主导极点和非主导极点。 要求确定的主导极点 使得闭环系统至少满足前述性能指标。由系统的性能指标：超调量 <=20%峰值时间v=0.4s。可以求出Z=0.4559 Wn=8.82

4、rad/s。因此可以选取Z =0.46 Wn=8.9rad/s。可 以求得：G (s) =2-一s28.2s79.21第二步：由系统的特征方程可以求出系统的特征根：S4.1 j7.9S24.1 j7.9可以令非主导极点为：S390确定状态反馈矩阵：受控系统的特征方程为F(s)= s3 12s2 32s ；a1 12, a2 32, a3=0；由期望的极点构成的特征多项式：* 2f (s)= (s 90)(s8.2s 79.21) = s398.2s2 817.21s 7128.9a198.2 a2817.21 a37128 9* * *所以状态反馈矩阵为:3.确定输入放大系数K = a3 a3

5、,a2 a2,a1 a1 = 7128.9,785.21,86.2对应的闭环传递函数为(s)=s398.2s2817.21s 7128.97128.9 LWk(s) =7128,9要求跟踪阶跃信号的误差ep=0,有1 Wk(s)e c()p=°=lirm s s s=iimj 10s 0所以 L=7128.9对上面的初步结果，再用对跟踪速度信号的误差要求来验证，即1 Wk (s)s 2 2ev lim s s =0.115所以L满足要求。s 0画出对应的能控规型的闭环系统方块图=s37128.998.2s2817.21s7128.9L已知Wk ( s) s398.2s2817.21s 7128.97128.92(12 86.2)s(32785.21)s 7128.9其中可设Wk(s)132s3(12 86.2)s2(32785.21)s 7128.9对应的规型状态