西安石油大学电子工程学院：《自动控制理论 Modern Control System》精品课程教学资源（实验指导书）实验九 状态观测器及其应用

实验九状态观测器及其应用(综合性设计性实验) 实验目的 1、熟悉状态观测器的的原理与结构组成 2、用状态观测器的状态估计值对系统的极点进行任意配置。 二、实验设备 同实验一 、实验内容 1、设计受控系统和相应状态观测器的模拟电路图。 2、观测实验系统的状态x(1)与观测器的状态估计值x(1)两者是否一致 3、观测实际系统在状态反馈前的阶跃响应和用观测器的状态进行反馈后的阶跃响应。 四、实验原理(略) 五、实验步骤 观测器参考模拟电路,如图9-1所示。 r(t XI=y 200K 图9-1观测器的模拟电路 1.在r输入端输入一个单位阶跃信号,断开图94中x1输出端的连接线,用上位机观 测x1、元点处于不同的初始值,然后连上前面断开的线,此时在上位机观测x状态点跟踪x 状态点的情况,记录实验曲线并分析系统的性能指标 2.在r输入端输入一个单位阶跃信号,断开图94中x1输出端的连接线,用上位机观 测x2、x2点处于不同的初始值,然后连上前面断开的线,此时在上位机观测x2状态点跟踪 x2状态点的情况,记录实验曲线并分析系统的性能指标 注:由于实验电路中含积分环节,故每次实验前都必须对积分电容进行放电(具体请参 阅实验台上锁零按钮的使用说明) 六、实验报告要求 1、根据对系统和观测器的动态性能要求,分别设计状态反馈矩阵K和观测器的校正矩 阵G。 2、画出受控系统和观测器的模拟电路图 3、根据实验结果,分别画出实际系统的状态x(n)与观测器的状态估计值x()的曲线 4、根据实验结果,分别画出未加状态反馈前系统的阶跃响应曲线和用观测器的状态估 计值进行反馈后系统的阶跃响应曲线

实验九 状态观测器及其应用（综合性设计性实验） 一、实验目的 1、熟悉状态观测器的的原理与结构组成； 2、用状态观测器的状态估计值对系统的极点进行任意配置。 二、实验设备 同实验一 三、实验内容 1、设计受控系统和相应状态观测器的模拟电路图。 2、观测实验系统的状态 x(t) 与观测器的状态估计值 xˆ(t) 两者是否一致。 3、观测实际系统在状态反馈前的阶跃响应和用观测器的状态进行反馈后的阶跃响应。 四、实验原理（略） 五、实验步骤 观测器参考模拟电路，如图 9-1 所示。 图 9-1 观测器的模拟电路 1. 在 r 输入端输入一个单位阶跃信号，断开图 9-4 中 1 x 输出端的连接线，用上位机观 测 1 x 、 1 xˆ 点处于不同的初始值，然后连上前面断开的线，此时在上位机观测 1 xˆ 状态点跟踪 1 x 状态点的情况，记录实验曲线并分析系统的性能指标。 2. 在 r 输入端输入一个单位阶跃信号，断开图 9-4 中 1 x 输出端的连接线，用上位机观 测 2 x 、 2 xˆ 点处于不同的初始值，然后连上前面断开的线，此时在上位机观测 2 xˆ 状态点跟踪 2 x 状态点的情况，记录实验曲线并分析系统的性能指标。 注：由于实验电路中含积分环节，故每次实验前都必须对积分电容进行放电(具体请参 阅实验台上锁零按钮的使用说明) 六、实验报告要求 1、根据对系统和观测器的动态性能要求，分别设计状态反馈矩阵 K 和观测器的校正矩 阵 G。 2、画出受控系统和观测器的模拟电路图。 3、根据实验结果，分别画出实际系统的状态 x(t) 与观测器的状态估计值 xˆ(t) 的曲线。 4、根据实验结果，分别画出未加状态反馈前系统的阶跃响应曲线和用观测器的状态估 计值进行反馈后系统的阶跃响应曲线

5、讨论分析实验结果。 七、实验思考题 1、观测器中的校正矩阵G起什么作用? 2、观测器中矩阵(A-GC)极点能任意配置的条件是什么? 3、为什么观测器极点要设置得比系统的极点更远离于S平面的虚轴?

5、讨论分析实验结果。 七、实验思考题 1、观测器中的校正矩阵 G 起什么作用？ 2、观测器中矩阵（ A  GC)极点能任意配置的条件是什么？ 3、为什么观测器极点要设置得比系统的极点更远离于 S 平面的虚轴？