现代控制理论-作业-上机-实验2-深大.doc

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深圳大学实验报告

课程名称：

现代控制理论

实验项目名称：

基于状态反馈的闭环极点配置

学院：

机电与控制工程学院

专业：

自动化

指导教师：

郭小勤

报告人：

学号：

班级：

实验时间：

2012-6-12

实验报告提交时间：

2012-6-16

教务部制

一实验目的

了解采用状态反馈改善系统性能的方法，应用状态反馈方法配置直线型一级倒立摆系统的极点，设计控制器，并在倒立摆系统实验平台上实现一级倒立摆系统稳定运行。

二实验任务与要求

一、针对一级倒立摆系统，对于给定的动态性能指标（调节时间小于3秒，阻尼比0.5）确定闭环极点（参考值，），设计系统状态反馈阵的参数；

二、在倒立摆系统平台上完成极点配置控制实验。

实验要保持倒立状态，当系统受到扰动后仍保持稳定。

记录控制结果曲线，并进行讨论。

三、重新选择一组（或多组）期望的闭环极点，设计系统状态反馈阵的参数，在倒立摆系统平台上完成极点配置控制实验，记录控制结果曲线，并和第二条的实验结果进行比较分析。

三实验原理

（1）实验原理

若受控系统（A,B）完全能控，则通过状态反馈可以任意配置闭环极点。

实验设计原理参见固高《倒立摆与自动控制原理实验》第82-89页。

（2）实验步骤

实验步骤参见固高《倒立摆与自动控制原理实验》第P92-97页。

四实验设备与器件

固高科技倒立摆实验系统

五实验步骤

（一）对于给定的动态性能指标（调节时间小于3秒，阻尼比0.5）确定闭环极点（参考值，），设计系统状态反馈阵的参数如下

运行后，波形如下：

（二）给系统一个阶跃，其波形如下图：

（三）重新选择一组（或多组）期望的闭环极点，设计系统状态反馈阵的参数

其稳定后的波形如下所示：

跟之前相比，稳定性更好。

受到阶跃干扰之后，能迅速地达到稳定状态

跟之前相比能更快地达到稳定。

结论：

通过配置不同的极点，求状态反馈阵，并在基本相同的扰动，观测扰动下的输出响应由上面的图可以看出在后来选用的极点，输出响应能较快，较平滑的，因此配置极点

最合理的

五、思考题

（1）原系统为非线性系统，为什么可以用状态反馈方法任意配置闭环极点。

答：

原系统虽然为非线性系统，但是在θ很小的時候，可以将系统线性化，线性化后的系统是完全可控的系统，因此可以用状态反馈方法任意配置闭环极点。

（2）控制对象线性化后的输入、状态各是什么？

系统阵A和倒立摆系统的什么有关？

电机的模型是用什么表示的？

答：

控制对象线性化后的输入是F（外界给小车的力）；状态时x’、x’’、φ’、φ’’；系统阵A和倒立摆系统的稳定性和可控性相关联；电机模型用“ServoMotorControlExperiment”来表示。

（3）实验中每台设备所用的控制模型是相同的，为什么结果不同？

你认为是什么原因引起的？

答：

虽然控制模型是一样的，但是每台设备的电机、各种硬件的摩擦系数可能不一样（硬件存在差别），随着使用的时间较长出现了不同程度的误差，这样导致了在控制是结果会不一样。

同时，在控制时的环境不一样，也会对结果造成影响！

，因此结果会不同！