发布时间 : 星期三 文章计算机控制实验指导书(LABVIEW)2016.1.22.更新完毕开始阅读9a4299f5185f312b3169a45177232f60ddcce7d3
计算机控制技术实验指导书
实验九 线性离散系统的全状态反馈控制
一．实验目的
1．学习并掌握用极点配置方法设计线性离散系统的全状态反馈控制算法。 2．用混合仿真方法研究控制参数对系统性能的影响。
二．实验内容
1．设计并实现一典型二阶系统的全状态反馈计算机控制混合仿真系统。 2．通过混合仿真实验研究参数变化对系统性能的影响。
三．实验步骤
1．设计并连接具有一个积分环节的二阶被控对象的模拟电路，并利用C8051F060构成的数据采集系统完成计算机控制系统的模拟量输入、输出通道的设计和连接。利用上位机的虚拟仪器功能对此模拟二阶被控对象的电路进行测试，根据测试结果调整电路参数，使它满足实验要求。
2．用极点配置方法，设计一给定的二阶系统的计算机控制全状态反馈系数；按设计的全状态反馈系数编写全状态反馈控制程序，运行，观察并记录该混合仿真系统的阶跃响应。
3．再次调用全状态反馈控制程序，改变全状态反馈系数后运行，观察并记录该混合仿真系统的阶跃响应的变化。
4．将以上实验结果与全数字仿真结果进行比较分析，并完成实验报告。
四．附录
1．典型二阶系统被控对象计算机控制的极点配置设计方法 （1）典型二阶系统全状态反馈计算机控制系统的结构方块图 实验用典型二阶系统全状态反馈计算机控制系统的结构方块图，如图9.1所示 如图所示，该系统是一个采样控制系统。其被控对象是连续的，反馈信号经过采样、模数转换进入计算机，用计算机实现的数字控制器是离散的。控制器输出经过零阶保持器恢复成模拟信号，加到被控对象上。
（2）被控对象连续状态方程及其离散化
u(t)e(t)e(k)Z.0.H1s+1x21sx1y(t)k2k1图9.1为了设计被控对象控制器，需要根据给出的被控对象连续传递函数，对于G(s)?连续方程如下： ?1?x2(t)，x?2?u?x2 y(t)?x1(t)，x
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1，其s(s?1) 计算机控制技术实验指导书 写成状态空间表达式有：
?1??01??x1??0??x???????????u x0?1??x2??1??2???x1?y??1 0??? (9－1)
?x2?离散化后 x(k?1)?Ax(k)?Bu(k) （9－2）
?10.632?其中A(T)??? （9－3）
?00.368??0.368?B(T)??? （9－4）
?0.632?注意：离散化过程中，已经把零阶保持器的作用考虑进去了。 （3）加全状态反馈后闭环控制系统的特征方程 为加上全状态反馈，令 u(k)?Kx(k)?k1 k2??将此式代入式（9－2）可以得到 x(k?1)?(A?BK)x(k) 其中
??x1(k)??
?x2(k)? （9－5）
?10.632??0.368?A?BK???????k1 k2??00.368??0.632?
?1?0.368k10.632?0.368k2????0.632k0.368?0.632k?12?由此可得闭环特征方程
(z?1?0.368k1)(z?0.368?0.632k2)?0.632k1(0.632?0.368k2)?0
（9－6）
（4）理想极点和理想特征方程
为了获得快速过渡过程，选择两个理想极点均处于单位圆的圆心，即z1,2?0，故理想特征方程为 z?0 （9－7）
（5）全状态反馈的反馈系数确定
为了使所设计的全状态反馈计算机控制系统获得快速过渡过程，令式（9－6）等于式（9－7），得到
2(z?1?0.368k1)(z?0.368?0.632k2)?0.632k1(0.632?0.368k2)?z2 （9－8） 从而确定全状态反馈的反馈系数k1??1.58，k2??1.24 （9－9）
（6）控制算法
u(k)??1.58x1(k)?1.24x2(k)
2．实验系统设计
（9－10）
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计算机控制技术实验指导书 C1R1Om控制器C2R0-++D/AR2-++x1A/DA/D图9.2-x2系统实现方块图如图9.2所示： 在本实验中可以取R0＝R1＝100k，C1＝10u，R2＝500k，C2＝2u 。 31
计算机控制技术实验指导书
实验十 二维模糊控制器
一．实验目的
1．学习并掌握常用的二维模糊控制器的设计和实现。
2．用混合仿真方法研究常用的二维模糊控制器的特性，以及参数变化对过渡过程的影响。
二．实验内容
1．以具有纯滞后的二阶系统为被控对象，设计一个二维模糊控制器。 2．利用实验设备设计并实现一个混合仿真系统。
3．利用上述混合仿真系统，完成二维模糊控制控制特性的研究，以及对不同对象的适应性研究。
三．实验步骤
1．利用实验设备设计并实现一个采用模糊控制的混合仿真系统
（1）利用实验设备，设计并连接模拟二阶被控对象的电路，并将该电路的输入与输出连接到模拟量输出与输入通道。再利用上位机提供的界面进行调试，使参数满足实验要求。同实验五，被控对象的纯滞后将由上位机程序模拟。
（2）设计与编写模糊控制程序，熟悉并掌握模糊控制程序设计方法。
（3）设计模糊控制器有关参数，运行上位机的模糊控制程序，观察对象输出；并对此模糊控制器参数进行调试，直至获得较满意的结果，作下记录。
2．用混合仿真方法研究二维模糊控制的控制特性
（1）为改变被控对象结构，利用实验设备，设计并连接模拟一阶和三阶被控对象的电路，并将它们分别连接到模拟量通道，再利用上位机提供的界面进行调试，使参数满足实验要求。同实验五，被控对象的纯滞后将由上位机程序模拟。
（2）利用一阶被控对象构成混合仿真系统，用1所记录的控制器参数运行程序，研究对象具有不同结构时的适应性。
（3）利用三阶被控对象构成混合仿真系统，用1所记录的控制器参数运行程序，研究对象具有不同结构时的适应性。
3．对实验结果进行分析和比较，写出实验报告。
四．附录
1．实验选择的典型被控对象及其模拟电路
（1）具有纯滞后的二阶系统 传递函数为
G(s)?Ke??s?G2(s)e??s（10－1）
(T1s?1)(T2s?1) 32