随动系统实验报告随动系统实验报告.doc

位置随动系统实验报告 学 院： 电气工程学院 姓 名： 明广强 学 号： 20131102033 指导老师： 侯世英 成绩 指导老师 专 业 实 验 报 告 开课学院 ：电气工程学院 姓名 明广强 学号 20131102033 年级 2013级 实验名称 随动系统的模拟仿真 实验时间 2013年1月 实验目的 1、能够给实际的随动系统建立状态空间表达式即建模； 2、会使用MATLAB进行系统仿真模拟，绘出随动系统的动态曲线； 3、能够对曲线的特征进行分析，判断出随动系统所具有的特性，即能空性和能观性判断。 实验要求 （1）按上述要求进行系统综合； （2）绘制状态观测器与原系统的连线图； （3）绘制带状态观测器状态反馈系统的模拟仿真图； （4）根据模拟仿真图，分别绘制系统综合前后的单位阶跃响应曲线，以及状态观测器的响应曲线，并说明系统校正之后有什么特点。 实验内容 1、总流程 图1 总流程图 2、各模块的实现 首先要做一些声明，在实验中使用的一些变量我们要进行一些说明，以使实验报告具有可读性，并且给出实际的随动系统图。是输入，是输出，这两个变量是时域中的变量。和是收发信器的电压和角位移，和分别是放大器的电枢电压和电动势，是角速度，这些变量则是转化到频域中的变量。 图2 随动系统 （1）随动系统的原理分析 收发信器： ； 放大器： ； 执行电机：； 减速器：； 用状态观测器进行状态反馈。系统期望的特征值为：-20，-1+j，-1-j；状态观测器的特征值为：-40，-2+j2，-2-j2。 随动系统由发信器，收信器，放大器，执行电机，齿轮，负载等部分组成。收信器就是将其他形式的信号通过检测仪器转换成电信号，后经过放大电路放大电信号，满足电平要求后送到接收端接收，这里的收信器就是将角位移信号转变成电压信号，经放大器A放大电压接到有执行电机的电阻和电感串联电路上去。发信器同收信器都是一个信号转化装置，收发信器统称TRX，多个TRX组成 一个TRU，即收发信单元。在这里随动系统简单，故只有一对收发信器。由公式和方程可以看出电阻电感电路将电枢电压和角速度联系到一起，而减速器把负载的角速度和收信器的角位移联系，收发信器和放大器的输入电压是相关的，这就使得整个系统相互联系，具体的变化关系由函数完整确定。 （2） 建立状态空间表达式 原系统： 图3 随动系统的系统结构图 由前面所给出的数据可得系统的结构图： 图4 随动系统的系统结构图 由上面的系统结构图可以计算出随动系统的传递函数，进而可以得到该系统的闭环传递函数，该系统的闭环极点就可以通过计算得知：，可以使用结构图分解建立法得到状态空间表达式： 状态反馈： 状态反馈的定义：所谓状态反馈就是将受控系统的每一个状态变量，按照线性反馈规律反馈到输入端，构成闭环系统。这种控制规律称为状态反馈。 K阵的计算：使用MATLAB求解K阵简单方便。 MATLAB编程: A=[0 1 0; 0 0 1; -364.5 -200 -45]; B=[0;0;1]; C=[364.5 0 0]; D=0; Gss=ss(A,B,C,D); P=[-20 -1+i -1-i]; K=place(A,B,P) 最后可得状态反馈K阵： 状态观测器设计： 对于线性定常系统，在一定的条件下，可以通过状态反馈实现任意极点配置，但是由于在系统建模时状态变量的选择任意性，通常并不是全部的状态变量都可以直接量测的，从而给状态反馈的实现带来困难。为此，人们提出了状态重构或者说是状态观测的问题。也就是设法利用系统中可以量测的变量来重构状态变量，从而实现状态反馈。 所谓状态观测器，就是人为地构造一个系统，从而实现状态重构也即状态观测。全维状态观测器的设计方法类似于状态反馈极点配置问题的设计方法。首先根据要求的观测器的极点配置，写出观测器希望的特征多项式。然后令观测器的特征多项式等于希望的特征多项式，即可解得G阵，进而写出观测器的状态方程。 原系统的状态空间表达式： 又 所以系统是完全能观测的，状态观测器是存在的，并且其极点可以任意配置。使用MATLAB进行G阵的计算。 编程程序：A=[0 1 0; 0 0 1; -364.5