微型计算机控制技术 .pptx
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1、5.1 5.1 采用状态空间的输出反馈设计 设线性定常系统被控对象的连续状态方程为 采用状态空间的输出反馈设计法的目的是:利用采用状态空间的输出反馈设计法的目的是:利用状态空间表达式,设计出数字控制器状态空间表达式,设计出数字控制器D(z)D(z),使得多变,使得多变量计算机控制系统满足所需要的性能指标,即在控制量计算机控制系统满足所需要的性能指标,即在控制器器D(z)D(z)的作用下,系统输出的作用下,系统输出y(t)y(t)经过经过N N次采样次采样(N(N拍拍)后,后,跟踪参考输入函数跟踪参考输入函数r(t)r(t)的瞬变响应时间为最小。的瞬变响应时间为最小。第1页/共36页图5.1具有
2、输出反馈的多变量计算机控制系统的闭环结构形式图第2页/共36页5.1.1 连续状态方程的离散化 第3页/共36页5.1.2 最少拍无纹波系统的跟踪条件 由系统输出方程可知,y(t)以最少的N拍跟踪参考输入r(t),必须满足条件 仅按上式设计的系统,将是有纹波系统,为设计无纹波系统,还必须满足条件第4页/共36页5.1.3 输出反馈设计法的设计步骤 1.将连续状态方程进行离散化第5页/共36页2.求满足跟踪条件和附加条件的U(z)第6页/共36页 3.求取误差序列e(k)的Z变换E(z)第7页/共36页4.求控制器的脉冲传递函数D(z)第8页/共36页举例二阶单输入单输出系统,其状态方程为 采样
3、周期T=1秒,试设计最少拍无纹波控制器D(z)。第9页/共36页5.2 5.2 采用状态空间的极点配置设计法 在计算机控制系统中,除了使用输出反馈控制外,还较多地使用状态反馈控制,因为由状态输入就可以完全地确定系统的未来行为。计算机控制系统的典型结构:简化的离散系统结构图简化的离散系统结构图简化的离散系统结构图简化的离散系统结构图第10页/共36页图5.4 5.4 调节系统(r(k)=0)(r(k)=0)中控制器的结构 第11页/共36页5.2.1 按极点配置设计控制规律 设计出反馈控制规律L,以使闭环系统具有所需要的极点配置。第12页/共36页5.2.2 按极点配置设计状态观测器 设计状态观
4、测器,根据所量测的输出y(k)和u(k)重构全部状态。因为有些状态无法量测。常用的状态观测器有三种:预报观测器,现时观测器和降阶观测器。常用的观测器方程为 第13页/共36页1.预报观测器 设计观测器的关键在于如何合理地选择观测器的增益矩阵K。图56 预报观测器 第14页/共36页对于单输入单输出系统,通过比较上式两边Z的同次幂的系数,可求得K中n个未知数。第15页/共36页2 2现时观测器 状态重构误差 现时观测器状态重构误差的特征方程 第16页/共36页3降阶观测器 所能量测到的y(k)中,已直接给出了一部分状态变量,这部分状态变量不必通过估计获得。因此,只要估计其余的状态变量就可以了,这
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