状态反馈与状态观测器

实验七 状态反馈与状态观测器

一、 实验目的搞笑个性签名

1. 掌握用状态反馈进行极点配置的方法。 九月的英语怎么说

2. 了解带有状态观测器的状态反馈凉拌金针菇的做法 系统。

二、 实验原理

1. 闭环系统的动态性能与系统的特征根密切相关，在状前列回春 态空间的分析中可利用

状态反馈来配置系统的闭环极点。这种校正手段能提供更多的校正信息，在形

成最优控制率、抑制或消除扰动影响、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，所以不改变系统阶数，实现方

便。

xAxBu

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

ycx

变量的测量值，而在工程中，并不是状态变量都能测量到，而一般只有输出可

测，因此希望利用系统的输肉类大全 入输出量构成对系统状态变量的估计。解决的方法

是用计算机构成一个与实际系统具有同样动态方程的模拟系统，用模拟系统的

(t)x(t)x

作为系统状态向量的估值。状态观测器的状态和原系统的状状态向量

态之间存在着误差，而引起误差的原因之一是无法使状态观测器的初态等于原

(t)y(t)y

的反馈是为了使状态估计误差尽可能快地系统的初态。引进输出误差

衰减到零。状态估计的误差方程为

误差衰减速度，取决于矩阵（A-HC）的特征值。

3. 若系统是可控可观的，则可按极点配置的需要选择反馈增益阵k，然后按观

测器的动态要求选择H，H的选择并不影响配置好的闭环传递函数的极点。因此

系统的极点人居环境标语 配置和观测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，要求设计状态反馈阵K，使动态性能指标满足超调

量，峰值时间。



%5%

t0.5s

p

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. 带有状态观测器的状态反馈系统方框图如6.3图所示。

四、实验结果

1、图6.1系统状态空间表达式



xx

11



20200



x10x1

u







22

y10x



设计状态反馈矩阵

k5.910.9



加入状态反馈的系统结构图

U(t) x1 x2

_

-10.9

5.9

2、对给定系统配置状态观测器

状态反馈阵K与状态观测阵H均由计算机给出，系统模拟运算电路图如下：

输入阶跃信号，系统仿真结果如下：(图1、3未加状态观测，图2、4加状态观

测)

数字仿真结果：

不加状态观测器

图1

加状态观测器

图2

半实物仿真结果：

图3

图4

结论：从实验的波形能够看出，系统增加状态观测器后，可以减小超调量和调防身器材 节

时间，另外系统的振荡性降低，更加平稳。

3改变观测极点值：

0.1+0.1i 0.1-0.1i

0.1+0.2i 0.1-0.2i

0.1+0.25i 0.1-0.25i

0.1+0.3i 0.1-0.3i

0.1+0.4i 0.1-0.4i

数字

结论：观测极点y绝对值小于0.3时，系统超调量减少，调节时间变短，振荡减

少。当y绝对值大于0.3，系统处于发散状态。

实验感想：学习并了解用状态反馈进行极点配置的方法。了解带有状态观测器

的状态反馈系统，了解改变观测极点对系技能英语 统影响。