【正文】 實 驗 報 告 實驗課程： 現(xiàn)代控制原理 學(xué)生姓名： 費 夢 娟 學(xué) 號： 6100310059 專業(yè)班級： 自 動 化 102 實驗一、 線性系統(tǒng)的狀態(tài)反饋 及極點配置 一．實驗要求 了解和掌握狀態(tài)反饋的原理，觀察和分析極點配置后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。 二． 實驗原理及說明 受控系統(tǒng)如圖 3361 所示，若受控系統(tǒng)完全能控，則通過狀態(tài)反饋可以任意配置極點。 圖 3361 受控系統(tǒng) 期望性能指標(biāo)為：超調(diào)量 MP≤ 5%；峰值時間 tP≤ 秒。 由 %5eMnn2np1/p 2?????????? ?????? ?????取 因此 ,根據(jù)性能指標(biāo)確定系統(tǒng)希望極點為： ????? ??? ??? *2*1jj?? 圖 3361 受控系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出方程為： ??????????????? xCy bxAx ? （ 3351） 式中 ?? 01,10,020200,21 ???????????????????????????? CbAxxx 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 ： 202020aSaSβSβ)(2012010???????SSSG (3352) 受控制系統(tǒng)的能控規(guī)范形為 ： ? ? ? ?020TCCbTbaaTATAXTXXCYUbXAXKKioKKKKkKKK????????????????????????????????????????10111,1020120010T??為變換陣），（式中 (3353) 當(dāng)引入狀態(tài)反饋陣 KK=[K0K1]后 ,閉環(huán)系統(tǒng) ? ?KKKKK CbKbA ,? 的傳遞函數(shù)為： ? ? ? ?? ?01201120120)20(20)(KSKSKaSKaSSSGo??????????? ?? (3354) 而希望的閉環(huán)系統(tǒng)特征多項為 ： ))(()(2*2*1**12*?????????SSSSaSaSSf o?? (3355) 令 GK(S)的分母等于 F(S),則得到 KK為： ? ? ? ? ??? KKK k 最后確定原受控系統(tǒng)的狀態(tài)反饋陣 K： 由于 1?? TKK k 求得和 ??? ??? 111 , TCbTbTATA KkK 求得 ???????????1102020T 所以狀態(tài)反饋陣為 ： ? ? ? ?11 ?????????????K (3356) 極 點配置系統(tǒng)如圖 3362 所示，再簡化成圖 3363。 圖 3362 極點配置后系統(tǒng) 圖 3363 極點配置后系統(tǒng) (圖中 “輸入增益陣 ”L 是用來滿足靜態(tài)要求 ,可取 L=1) 根據(jù)圖 3363 所示的系統(tǒng) ,設(shè)計如圖 3366 所示的極點配置后系統(tǒng)的模擬電路 三．實驗內(nèi)容及步驟 1． 觀察極點配置 前 系統(tǒng) 極點配置前系統(tǒng)的模擬電路見圖 3364 所示。 圖 3364 極點配置前系統(tǒng)的模擬電 路 實驗步驟 ： 注：‘ S ST’不能用“短路套”短接！ （ 1）將信號發(fā)生器（ B1）中的階躍輸出 0/+5V作為系統(tǒng)的信號輸入 r(t)。 （ 2）構(gòu)造模擬電路：按圖 3364 安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。 （ a ） 安 置 短 路套 （ b ） 測 孔 聯(lián) 線 模塊號 跨接座號 1 A5 S4， S6 2 A4 S5， S8， S10 3 A6 S4， S7， S9 4 A3 S1, S6 （ 3）虛擬示波器（ B3）的聯(lián)接：示波器輸入端 CH1 接到 A3 單元輸出端 OUT（ Uo）。 注： CH1 選‘ X1’檔 。 （ 4）運行、觀察、記錄： 1 信號輸入（ Ui） B1（ 0/+5V） → A5（ H1） 2 運放級聯(lián) A5（ OUT）→ A4（ H1） 3 運放級聯(lián) A4（ OUT）→ A6（ H1） 4 運放級聯(lián) A6 (OUT) → A3 (H1) 5 跨接反饋電阻200K 元件庫 A11 中可變電阻跨接到 A6（ OUT）和 A5（ IN）之間 將信號發(fā)生器（ B1） Y 輸出，施加于被測系統(tǒng)的輸入端 rt，按下信號發(fā)生器（ B1）階躍信號按鈕時（ 0→ +5V階 躍），觀察 Y 從 0V階躍 +5V時被測系統(tǒng)的 時域特性 。等待一個完整的波形出來后，點擊 仃止 ， 然后移動游標(biāo)測量其 調(diào)節(jié)時間 ts。 配置前系統(tǒng) 圖 3365 極點配置前的系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 2．觀察極點配置后系統(tǒng) 根據(jù)圖 3363 的極點配置后系統(tǒng)設(shè)計的模擬電路見圖 3366 所示。圖 3363 中要求反饋系數(shù) K1==R1/R3， R1=200K，則 R3=，反饋系數(shù) K2==R1/R2，則 R2= 圖 3366 極點配置后系統(tǒng)的模擬電路 實驗步驟 ： 注：‘ S ST’不能用“短路套”短接！ （ 1）將信號發(fā)生器（ B1）中的階躍輸出 0/+5V作為系統(tǒng)的信號輸入 r(t)。 （ 2）構(gòu)造模擬電路：按圖 3366 安置短路套及測孔聯(lián)線，表如下。 （ a ） 安 置 短 路 套 （ b ） 測 孔 聯(lián) 線 模塊號 跨接座號 1 A5 S4， S6 2 A4 S5， S8， S10 3 A6 S4， S7， S9 4 A3 S1, S6