計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計學(xué)院：電力學(xué)院專業(yè)：自動化班級：2009班姓名：學(xué)號：2009指導(dǎo)老師:徐俊紅華北水利水電學(xué)院目錄―、設(shè)計內(nèi)容1.1對象模型1.2設(shè)計目的1.3設(shè)計要求二、設(shè)計方法及步驟2.1設(shè)計方法2.2設(shè)計具體步驟2.3matlab仿真結(jié)果展示三、仿真設(shè)計程序心得體會控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間設(shè)計1.1【設(shè)計對象】系統(tǒng)的對象模型為：G&)=s(s+4)(s+8)1.2【設(shè)計目的】A:試確定一個狀態(tài)負(fù)反饋陣K,使相對于單位陣階躍參考輸入的輸出過渡過程，滿足如下的期望指標(biāo)：超調(diào)量<=20%,峰值時間<=0.4soB:如果系統(tǒng)的狀態(tài)變量在實際上無法測量，試確定一個狀態(tài)觀測器(全維狀態(tài)觀測器)，使得通過基于狀態(tài)觀測器的狀態(tài)反饋，滿足上述期望的性能指標(biāo)。1.3【設(shè)計要求】要求學(xué)生掌握當(dāng)Gc(s)設(shè)計好后如何將其變換為離散算法Gc(Z)以及如何將Gc(Z)轉(zhuǎn)換在計算機(jī)上可完成計算的迭代方程。要求學(xué)生能掌握工業(yè)中常用的基本PID算法。掌握一階向前，向后差分及雙線性變換離散化的具體做法及應(yīng)用場合。熟悉PID兩種基本算法的計算公式：位置算法和增量算法。熟練使用MATLAB軟件，掌握其仿真的方法、步驟及參數(shù)設(shè)置。

了解計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及相應(yīng)設(shè)備的選用等問題。二.【設(shè)計方法及步驟】1、 利用Simulink進(jìn)行仿真，判斷是否滿足期望的性能指標(biāo)。系統(tǒng)仿真方框圖如下：系統(tǒng)仿真結(jié)果如下：

有圖可知，系統(tǒng)不滿足期望的性能指標(biāo)，需要進(jìn)行配置。判斷系統(tǒng)的能控能觀性，確定系統(tǒng)是否能夠通過狀態(tài)反饋實現(xiàn)極點任意配置。能控性判別，能控性判別矩陣為[0 0 1]Q=0 1 -12口-12-112/系統(tǒng)的可控矩陣階數(shù)為3，為滿秩，則系統(tǒng)是能控的。由期望的性能指標(biāo)求出閉環(huán)系統(tǒng)的期望極點。第一步：由典型二階系統(tǒng)性能指標(biāo)與系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系，確定系統(tǒng)參數(shù)，然后確定系統(tǒng)的主導(dǎo)極點和非主導(dǎo)極點。要求確定的主導(dǎo)極點使得閉環(huán)系統(tǒng)至少滿足前述性能指標(biāo)。由系統(tǒng)的性能指標(biāo)：超調(diào)量＜=20%，峰值時間＜=0.4s。可以求出Z=0.4559Wn=8.82rad/s。因此可以選取Z=0.46Wn=8.9rad/s。可以求得：g*s)= 1 S2+8.2s+79.21第二步：由系統(tǒng)的特征方程可以求出系統(tǒng)的特征根：S=—4.1+j7.9S=—4.1-j7.92可以令非主導(dǎo)極點為：S3=-90確定狀態(tài)反饋矩陣：受控系統(tǒng)的特征方程為F(s)=s3+12s2+32s；a=12a=32a=0；由期望的極點構(gòu)成的特征多項式：f*(s)=(s+90)(s2+8.2s+79.21)=s3+98.2s2+817.21s+7128.9a*=98.2a*=817.21a*=712891 2 3 .所以狀態(tài)反饋矩陣為：K』a；—a3,氣—a2,a1*—a」=G128.9,785.21，86.2]確定輸入放大系數(shù)對應(yīng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：、(s)= L s3+98.2s2+817.21s+7128.9要求跟蹤階躍信號的誤差%=0，有(1_W(s)) 7128.9-LeP=0=limss\=limit-、(s)]=7128,9s—0 s—0所以L=7128.9對上面的初步結(jié)果，再用對跟蹤速度信號的誤差要求來驗證，即-1W(s)一s一— —e=limLs2 s2」=0.115所以L滿足要求。畫出對應(yīng)的能控規(guī)范型的閉環(huán)系統(tǒng)方塊圖L已知Wk(s)s3+98.2s2+817.21s+7128.97128.9=s3+98.2s2+817.21s+7128.97128.9s3+(12+86.2)s2+(32+785.21)s+7128.9其中可設(shè)W'(s)= 1k s3+(12+86.2)s2+(32+785.21)s+7128.9對應(yīng)的規(guī)范型狀態(tài)方程為：f〕?尤1-172￡t3J>1=:0"7128.910-(32+785.21)0 :1-(12+86.2)/V尤1|x2>尤13J能控規(guī)范型的閉環(huán)系統(tǒng)方框圖：

StepR&sponse1.20.4oO0*0.與3、配置Q.2由于期StepR&sponse1.20.4oO0*0.與3、配置Q.2由于期P=[-6.3237+10.4720j,-6.3237-1Q.4720j,-94.856];又由于希望觀測器的響應(yīng)要快于原系統(tǒng)的響應(yīng)，配置狀態(tài)觀測器的極點應(yīng)盡量離原極點距離遠(yuǎn)一些，取的點為大于十倍距離。判斷系統(tǒng)的能觀性由前可知系統(tǒng)能觀測，可以進(jìn)行配置。求狀態(tài)觀測器增益矩陣：L=1.0e+005*(3.2441-0.0172)求狀態(tài)觀測器設(shè)G=g2根據(jù)狀態(tài)觀測后的表達(dá)式寫出特征式，與配置極點的特征式進(jìn)行比較，求出G=1.0e+002*(-0.2213+0.3665j-0.2213-0.3665j-1.4228)t 繪制出帶狀態(tài)觀測器的狀態(tài)空間表達(dá)式如下圖：由上述圖運行結(jié)果可知，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)比原系統(tǒng)有較快的響應(yīng)，且滿足所設(shè)定的條件，即所構(gòu)建的狀態(tài)觀測器是完全可行的，滿足題目要求。三.仿真設(shè)計程序Num=1;Den=[112321];Tf(num,den)[A,B,C,D]=tf2ss(num,den);N=length(A);Q=ctrb(A,B)N=rank(Q);Ifm==nDisp(‘systemstatevariablecanbetotallycontrolled(系統(tǒng)可控)’)P=[-4.1+j7.9,-4.1-j7.9,-90];K=acker(A,B,P)ElseEndS=size(A,1);Z=[zeros([1,s])1];N=inv([A,B,C,D])*Z;Nx=N(1:s);Nu=N(1+s);Nbar=Nu+K*NxAt=A-B*KBt=B*NbarCt=CDt=Dstep(At,Bt,Ct,Dt);holdon;num=1;den=[112321];tf(num,den)[A,B,C,D]=tf2ss(num,den)n=length(A);Qo=obsv(A,C)m=rank(Qo);ifm==ndisp('systemstatevariablecanbetotallycontrolled(系統(tǒng)可觀)')P=[-10.5+7.85j-10.5-7.85j-100];K=acker(A,B,P);L=place(A',C',P)';elseends=size(A,1);Z=[zeros([1,s])1];N=inv([A,B;C,D])*Z';Nx=N(1:s);Nu=N(1+s);Nbar=Nu+K*Nx;At=[A-B*KB*Kzeros(size(A))A-L*C];Bt=[B*Nbarzeros(size(B))];Ct=[Czeros(size(C))];Dt=D;ss=sys(At,Bt,Ct,Dt);step(ss);holdon;grid;經(jīng)過程序的仿真運行，與所求的系統(tǒng)的運行結(jié)果如下：

1■DTDno-d與StepResponse1■DTDno-d與StepResponse課程設(shè)計是每一個大學(xué)生在大學(xué)生涯中都不可或缺的，它使我們在實踐中了鞏固了所學(xué)的知識、在實踐中鍛煉自己的動手能力；實習(xí)又是對每一位大學(xué)生所學(xué)專業(yè)知識的一種拓展手段，它讓我們學(xué)到了很多在課堂上根本就學(xué)不到的知識，不僅開闊了自己的視野，增戰(zhàn)了自己的見識，也為我們以后進(jìn)一步走向社會打下了堅實的基礎(chǔ)，是我們走向以后走向工作崗位的奠基石。計算機(jī)控制技術(shù)是一門以電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機(jī)控制技術(shù)為核心，綜合可編程控制技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而實現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)的精密化、生產(chǎn)設(shè)備的信息化、生產(chǎn)過程的自動化及機(jī)電控制系統(tǒng)的最佳化的專門學(xué)科。計算機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，不但國防、航空航天等高精尖學(xué)科必不可少的組成部分尖學(xué)科必不可少的組成部分，而且在現(xiàn)代化的工、農(nóng)、醫(yī)等領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用。計算機(jī)控制作為一門理論與實踐相結(jié)合并且具有極強的實用性的課