兰州交通大学：《现代控制理论》课程实验指导（打印版）实验二 状态观测器设计

实验二状态观测器设计 1.实验目的与要求 (1)理解状态重构和状态观测器的概念： (2)掌握状态观测器的设计方法 2.实验原理 (1)状态观测器 状态观测器的任务就是动态地估计系统状态变量。 假设状态完全能观系统的状态空间模型为： 元=Ax+BW y=Cx 估计系统状态变量的状态观测器结构如图1所示 B Ful-order state observer 图1状态观测器结构 状态观测器的动态方程为： 元=(A-K.C)R+Bu+Ky

式中，K为状态观测器的反馈增益。 状态观测器的设计任务就是要使估计值(：)能迅速跟踪实际值 x(1),使得 liml()-x(t)]=0 limls()-v(o 因此，合理的选择增益矩阵K。，使[A-KC]的特征值为任意期望 的值。状态观测器的设计归结为使用极点配置法求观测器的增益 矩阵K。 (2)计算观测器增益矩阵K.的MATLAB函数 求解观测器增益矩阵K的函数调用格式为： K。=place(A,C,P) K.=acker(A',C",P) 其中，A,B为系统矩阵：P为观测器的期望极点配置。 3.实验内容与步骤 (1)仿真实验 ①对于给定被控对象，获得系统的状态空间模型： ②检验系统是否完全能观。若是，则采用全维观测器： a.利用MATLAB极点配置设计函数place或acker,求取系统观测 器增益矩阵K。: b.绘制其SIMULINK框图，进行仿真实验，以检验系统性能，并 打印出结果

(2)硬件实验 设计出系统的模拟电路图，并利用控制理论实验箱搭建该系 统模拟电路，以进行实验验证。要求记录示波器的结果，并与软 件仿真结果进行比较。 4.思考与分析 (1)要进行状态观测器设计，对原系统的要求是什么？ (2)为了保证状态观测器输出的状态估计值()快速跟踪实际状 态值X(t),极点P的绝对值应该怎么样选择？