现代控制实验报告二基于降维观测器的振动车床控制
现代控制理论---状态反馈和状态观测器
现代控制理论基础
主讲人: 主讲人:荣军 mail:rj1219 163. 1219@ E-mail:rj1219@
第五章 系统的状态反馈及观测器
在第二章， 在第二章，研究的是在己知系统的结构和参数情况下系统的 运动，从而了解系统的运动形态。 运动，从而了解系统的运动形态。第三章介绍了系统的能控性和 能观测性。第四章是系统稳定性问题。 能观测性。第四章是系统稳定性问题。如果将上述研究的内容概 括起来说，就是在已知系统的结构和参数情况下， 括起来说，就是在已知系统的结构和参数情况下，研究系统的性 能或特性，即所谓系统分析问题。 能或特性，即所谓系统分析问题。 本章将研究线性定常系统的综合。 本章将研究线性定常系统的综合。这是一个与系统分析相反 的命题，是在给定被控对象的情况下， 的命题，是在给定被控对象的情况下，通过设计控制器的结构和 参数，使系统满足预先规定的性能指标要求。 参数，使系统满足预先规定的性能指标要求。采用的方法是先测 量系统的状态，再用状态来确定被控对象上所加的控制输人， 量系统的状态，再用状态来确定被控对象上所加的控制输人，从 而构成状态反馈系统。 而构成状态反馈系统。
第五章 系统的状态反馈及观测器
采用状态反馈， 采用状态反馈，对系统能控性和能观测性有 无影响呢?这是本章讨论的重要内容之一 这是本章讨论的重要内容之一。 无影响呢 这是本章讨论的重要内容之一。同时 研究一个能控的系统， 研究一个能控的系统，引入状态反馈可以任意配 置状态反馈系统的极点， 置状态反馈系统的极点，保证系统具有所希望的 瞬态性能和稳态性； 瞬态性能和稳态性；对于系统的状态变量无法测 量但又要用它来实现反馈的情况， 量但又要用它来实现反馈的情况，通过状态重构 方法。设计状态观测器。 方法。设计状态观测器。
现代控制理论实验报告
现代控制理论实验指导书实验一：线性系统状态空间分析1、模型转换图1、模型转换示意图及所用命令传递函数一般形式：)()(11101110n m a s a s a s a b s b s b s b s G n n n n m m m m ≤++++++++=----K KMATLAB 表示为：G=tf(num,den)，其中num,den 分别是上式中分子，分母系数矩阵。
零极点形式：∏∏==--=n i j mi i ps z s K s G 11)()()( MATLAB 表示为：G=zpk(Z,P ,K)，其中 Z ，P ，K 分别表示上式中的零点矩阵，极点矩阵和增益。
传递函数向状态空间转换：[A,B,C,D] = TF2SS(NUM,DEN)；状态空间转换向传递函数：[NUM,DEN] = SS2TF(A,B,C,D,iu)---iu表示对系统的第iu个输入量求传递函数；对单输入iu为1;验证教材P438页的例9-6。
求P512的9-6题的状态空间描述。
>> A=[0 1;0 -2];>> B=[1 0;0 1];>> C=[1 0;0 1];>> D=[0 0;0 0];>> [NUM,DEN] = ss2tf(A,B,C,D,1)NUM =0 1 20 0 0DEN =1 2 0>> [NUM,DEN] = ss2tf(A,B,C,D,2)NUM =0 0 10 1 0DEN =1 2 0给出的结果是正确的，是没有约分过的形式P512 9-6>> [A,B,C,D]=tf2ss([1 6 8],[1 4 3])A =-4 -31 0B =1C =2 5D =12、状态方程求解单位阶跃输入作用下的状态响应：G=ss(A,B,C,D);[y,t,x]=step(G);plot(t,x). 零输入响应[y,t,x]=initial(G,x0)其中，x0为状态初值。
现代控制理论实验
现代控制理论实验引言现代控制理论是在工程控制领域中发展起来的一种理论体系，其应用范围非常广泛。
为了帮助学生更好地理解和掌握现代控制理论，学校开设了现代控制理论实验课程。
该实验课程旨在通过具体的实验操作，帮助学生巩固理论知识，培养实际操作能力，并能应用现代控制理论解决实际问题。
本文将介绍现代控制理论实验的内容、目的、实验装置和实验步骤。
实验内容现代控制理论实验主要包括以下内容： 1. PID控制器的设计与实现：通过调节比例、积分和微分参数，设计一个PID 控制器，并将其实现在实验装置上，观察控制效果。
2. 状态反馈控制器的设计与实现：利用状态观测器和状态反馈器，设计一个状态反馈控制器，并将其实现在实验装置上，观察控制效果。
3. 频域方法的应用：通过频域分析方法，设计一个控制器，使得实验装置的频率响应满足特定要求。
4. 鲁棒控制方法的应用：利用鲁棒控制方法设计一个控制器，能够在系统参数变化时保持系统的稳定性和性能。
实验目的现代控制理论实验的主要目的是培养学生的实践能力和问题解决能力。
具体目标包括： 1. 理解现代控制理论的基本原理与方法； 2. 掌握现代控制理论的实验操作技巧； 3. 理解研究现代控制理论的方法和途径； 4. 能够设计、实现和调试现代控制器，并分析控制效果； 5. 学会通过实验结果验证和改进控制算法。
实验装置现代控制理论实验装置主要包括：电机系统、传感器、数据采集卡、计算机控制软件和控制器实现装置。
电机系统是实验装置的核心部件，它模拟了真实的控制对象。
传感器用于感知电机系统的转速、位置或其他关键参数。
数据采集卡负责将传感器采集到的数据传输给计算机进行处理。
计算机控制软件包括了实验的开发工具和界面，可以实时控制电机系统并显示实验结果。
控制器实现装置是通过软件或硬件方式实现控制器，在实验中使用。
实验步骤本节将介绍现代控制理论实验的基本步骤。
具体步骤如下：步骤一：系统建模与参数辨识首先需要对实验装置进行数学建模，并通过实验数据对模型参数进行辨识。
现代控制理论基础实验报告
紫金学院计算机系实验报告现代控制理论基础实验报告专业：年级：姓名：学号：提交日期：实验一 系统能控性与能观性分析1、实验目的：1.通过本实验加深对系统状态的能控性和能观性的理解；2.验证实验结果所得系统能控能观的条件与由它们的判据求得的结果完全一致。
2、实验内容：1.线性系统能控性实验;2. 线性系统能观性实验。
3、实验原理：系统的能控性是指输入信号u 对各状态变量x 的控制能力。
如果对于系统任意的初始状态，可以找到一个容许的输入量，在有限的时间内把系统所有的状态变量转移到状态空间的坐标原点。
则称系统是能控的。
系统的能观性是指由系统的输出量确定系统所有初始状态的能力。
如果在有限的时间内，根据系统的输出能唯一地确定系统的初始状态，则称系统能观。
对于图10-1所示的电路系统，设i L 和u c 分别为系统的两个状态变量，如果电桥中4321R R R R ≠，则输入电压u 能控制i L 和u c 状态变量的变化，此时，状态是能控的；状态变量i L 与u c 有耦合关系，输出u c 中含有i L 的信息，因此对u c 的检测能确定i L 。
即系统能观的。
反之，当4321R R ＝R R 时，电桥中的c 点和d 点的电位始终相等， u c 不受输入u 的控制，u 只能改变i L 的大小，故系统不能控；由于输出u c 和状态变量i L 没有耦合关系，故u c 的检测不能确定i L ，即系统不能观。
1.1 当4321R RR R ≠时u L u i R R R R C R R R R R R R R L R R R R R R C R R R R R R R R L u i C L C L ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫+++-+-+-⎝⎛+-+-+++-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛01)11(1)(1)(1)(143214343212143421243432121 (10-1)y=u c =[01]⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛c L u i (10-2)由上式可简写为bu Ax x+= cx y =式中⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=C L u i x ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫+++-+-+-⎝⎛+-+-+++-=)11(1)(1)(1)(143214343212143421243432121R R R R C R R R R R R R R L R R R R R R C R R R R R R R R L A⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=01L b 1] [0=c由系统能控能观性判据得][Ab brank =2 2=⎥⎦⎤⎢⎣⎡cA c rank故系统既能控又能观。
现代控制理论实验报告—中国石油大学
现代控制理论姓名：滕翔学号：10051321班级：自动化10-3班一、实验内容：已知系统传递函数1. 用Simulink 对该系统进行实现●能控性实现●串联实现●能观性实现（选做）●并联实现（选做）2. 以上述系统的串联实现为基础，实验研究：●系统在初始条件作用下的状态响应和输出响应●系统在阶跃输入信号作用下的状态响应和输出响应●分析系统在状态空间坐标原点的稳定性3. 以上述系统的串联实现为基础，设计状态反馈控制器要求：系统输出的最大超调量，调节时间ts=1秒仿真分析系统的实际工作效果，由系统输出的实际阶跃响应曲线计算最大超调量、调节时间、稳态误差等系统的性能参数分析该系统在输出比例控制下是否会存在稳态误差？状态反馈控制下是否会存在稳态误差？分析出现这种差异的原因，讨论消除状态反馈稳态误差的方法。
4. 以上述系统的串联实现为基础，设计系统的全维状态观测器，观测器极点全为-4，仿真分析在原系统和观测器系统初始条件相同和不同时，观测状态与原状态变量的差值随时间变化的情况，例如改变观测器极点配置到-9，结果有何不同？5. 结合以上3、4 的结果，应用观测状态实现状态反馈控制对比分析实际状态反馈与观测状态反馈系统控制效果的异同。
6. 选做降维观测器设计及状态反馈实验平台采用MATLAB 及Simulink 工具，注意：实验过程中要善于应用MATLAB 控制系统工具箱的工具。
二、实验过程，结果及分析：1.用Simulink 对该系统进行实现能控性实现(1)(2)很容易就可以得到能控Ⅰ型实现，状态空间表达式如下：(3)由上述表达式可得结构模拟图如下：(4)根据结构模拟图在simulink中仿真子系统如下图：● 串联实现(1)(2) 由上式很容易得到结构模拟图如下：(3) 根据结构模拟图在simulink 中仿真子系统如下图：● 能观性实现(选做)(1)(2) 可以写出能观Ⅱ型实现，状态空间表达式如下：(3) 结构模拟图如下：(4) 根据结构模拟图在simulink 中仿真子系统如下图：并联实现(选做)(1)(2) 由上式可写出约当标准型实现，状态空间表达式如下：(3)由状态空间表达式可以得到结构模拟图如下：(4)根据结构模拟图在simulink中仿真子系统如下图：综上，将所有子系统一起进行仿真，仿真模型如下图：仿真结果如下图：分析：上图曲线由上及下分别是能控实现，串联实现，能观实现，并联实现以及各种实现混合，可见各种实现仿真曲线一致，证明同一系统各种实现效果唯一，只是形式方式不一样而已，在表观性质上有区别但本质是相同的。
现代控制实验状态反馈器和状态观测器的设计
现代控制实验状态反馈器和状态观测器的设计现代控制实验中，状态反馈器和状态观测器是设计系统的重要组成部分。
状态反馈器通过测量系统的状态变量，并利用反馈回路将状态变量与控制输入进行耦合，以优化系统的性能指标。
状态观测器则根据系统的输出信息，估计系统的状态变量，以便实时监测系统状态。
本文将分别介绍状态反馈器和状态观测器的设计原理和方法。
一、状态反馈器的设计：状态反馈器的设计目标是通过调整反馈增益矩阵，使得系统的状态变量在给定的性能要求下，达到所需的一组期望值。
其设计步骤如下：1.系统建模：通过对被控对象进行数学建模，得到描述系统动态行为的状态空间表达式。
通常表示为：ẋ=Ax+Buy=Cx+Du其中，x为系统状态向量，u为控制输入向量，y为系统输出向量，A、B、C、D为系统的状态矩阵。
2.控制器设计：根据系统的动态性能要求，选择一个适当的闭环极点位置，并计算出一个合适的增益矩阵。
常用的设计方法有极点配置法、最优控制法等。
3.状态反馈器设计：根据控制器设计得到的增益矩阵，利用反馈回路将状态变量与控制输入进行耦合。
状态反馈器的输出为：u=-Kx其中，K为状态反馈增益矩阵。
4.性能评估与调整：通过仿真或实验，评估系统的性能表现，并根据需要对状态反馈器的增益矩阵进行调整。
二、状态观测器的设计：状态观测器的设计目标是根据系统的输出信息，通过一个状态估计器，实时估计系统的状态变量。
其设计步骤如下：1.系统建模：同样地，对被控对象进行数学建模，得到描述系统动态行为的状态空间表达式。
2.观测器设计：根据系统的动态性能要求，选择一个合适的观测器极点位置，以及一个合适的观测器增益矩阵。
常用的设计方法有极点配置法、最优观测器法等。
3.状态估计：根据观测器设计得到的增益矩阵，通过观测器估计系统的状态变量。
状态观测器的输出为：x^=L(y-Cx^)其中，L为观测器增益矩阵，x^为状态估计向量。
4.性能评估与调整：通过仿真或实验，评估系统的状态估计精度，并根据需要对观测器的增益矩阵进行调整。
现代控制工程实验报告
研究生实验报告院（系）：课程名称：专业：学生姓名：班级：学号：任课教师：日期： 2017年实验一一.实验目的1．掌握控制系统设计的频率响应法；2．研究超前、迟后和迟后-超前校正的仿真方法；3. 比较不同校正方法对控制系统的影响。
二.实验内容1．控制系统的开环传递函数如下：设计超前校正控制器，要求：（1）系统的静态误差常数120-=vK s（2）相角裕度50︒γ≥（3）幅值裕度10≥gK db仿真实验要求如下：1. 绘制未校正原系统的BODE图，求出未校正系统的,,,ωγωKc g g；2. 求出控制器传递函数，绘制控制器的BODE图；3. 求出校正后系统的传递函数，绘制校正后系统的BODE图，求出校正后系统的,,,ωγωKc g g；4. 绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，求出校正前后系统的时域指标（图解即可）；5. 分析超前校正对系统的影响。
2．控制系统的开环传递函数如下：设计迟后校正控制器，要求 ： （1）系统的静态误差常数15-=v K s （2）相角裕度40︒γ≥ （3）幅值裕度10≥g K db 仿真实验要求如下：绘制未校正原系统的BODE 图，求出未校正系统的,,,ωγωK c g g ；求出控制器传递函数，绘制控制器的BODE 图；求出校正后系统的传递函数，绘制校正后系统的BODE 图，求出校正后系统的,,,ωγωK c g g；绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，求出校正前后系统的时域指标（图解即可）；分析迟后校正对系统的影响。
3．控制系统的开环传递函数如下：设计迟后校正控制器，要求 ： 系统的静态误差常数110-=v K s 相角裕度50︒γ≥ 幅值裕度10≥g K db仿真实验要求如下：绘制未校正原系统的BODE 图，求出未校正系统的,,,ωγωK c g g ；求出控制器传递函数，绘制控制器的BODE ；求出校正后系统的传递函数，绘制校正后系统的BODE 图，求出校正后系统的,,,ωγωK c g g；绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，求出校正前后系统的时域指标（图解即可）；分析迟后-超前校正对系统的影响。
现代控制理论6状态观测器设计ppt课件
C 0
0 0 2
1
1
,B
1
2 0
1
0 1
设计观测器，使其极点配置在-3，-4，-5上。
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
• 例：设系统的系数矩阵为：
1
A
3
0
• 对于完全能控的系统，状态反馈可任意 配置闭环系统的极点，从而使得闭环系 统具有期望的稳态和动态性能。
• 条件：所有的状态变量可测。 • 实际系统，状态变量未必都可以直接测
量到。 • 状态能观性说明：系统是状态能观的，
则系统的任意状态信息必定在系统的输 出中得到反映。
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
• 问题：如何用系统的外部输入输出信息 来确定系统的内部状态？
• 观测器设计问题 • 观测器的输出就是系统状态的估计值。
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
6.1 观测器设计
• 已知系统模型
问题：如何从系统的输入输出数据得到系 统的状态？
工厂震动测试实验报告(3篇)
第1篇一、实验背景随着工业生产技术的不断进步，设备自动化程度日益提高，设备在运行过程中产生的震动问题也日益凸显。
为了确保设备在运输和实际使用过程中的稳定性和安全性，本实验针对工厂内关键设备进行了震动测试，以评估其在不同环境下的震动响应和抗振能力。
二、实验目的1. 了解工厂内关键设备在运输和运行过程中的震动情况。
2. 评估设备在不同环境下的抗振能力。
3. 为设备的设计和改进提供依据。
三、实验设备与材料1. 实验设备：震动测试仪、数据采集器、传感器、测试平台等。
2. 实验材料：设备样品、测试平台、连接线等。
四、实验方法1. 测试环境：模拟实际工厂环境，包括温度、湿度、震动等。
2. 测试设备：选取工厂内关键设备进行测试，如生产设备、输送设备等。
3. 测试方法：a. 震动测试：通过震动测试仪模拟不同震动环境，记录设备在不同环境下的震动数据。
b. 数据采集：使用数据采集器实时记录设备震动过程中的各项参数，如加速度、速度、位移等。
c. 分析评估：根据测试数据，分析设备在不同环境下的震动响应和抗振能力。
五、实验过程1. 测试前的准备工作：a. 搭建测试平台，确保设备稳定运行。
b. 连接传感器和测试仪器，确保数据采集的准确性。
c. 调整测试参数，如频率、幅度等。
2. 震动测试：a. 模拟不同震动环境，如垂直震动、水平震动、复合震动等。
b. 记录设备在不同环境下的震动数据。
3. 数据采集：a. 使用数据采集器实时记录设备震动过程中的各项参数。
b. 分析采集到的数据，评估设备在不同环境下的震动响应和抗振能力。
六、实验结果与分析1. 震动测试结果：a. 设备在垂直震动环境下，震动幅度较小，抗振能力较强。
b. 设备在水平震动环境下，震动幅度较大，抗振能力较弱。
c. 设备在复合震动环境下，震动幅度较大，抗振能力较弱。
2. 数据分析：a. 根据测试数据，分析设备在不同环境下的震动响应和抗振能力。
b. 对比不同设备在相同环境下的震动情况，找出存在的问题。
现代控制理论实验报告
现代控制理论实验指导书实验一：线性系统状态空间分析1、模型转换图1、模型转换示意图及所用命令传递函数一般形式：)()(1111110nmasasasabsbsbsbsGnnnnmmmm≤++++++++=----MATLAB表示为：G=tf(num,den)，其中num,den分别是上式中分子，分母系数矩阵。
零极点形式：∏∏==--=nijmiipszsKsG11)()()(MATLAB表示为：G=zpk(Z,P,K)，其中Z，P，K分别表示上式中的零点矩阵，极点矩阵和增益。
传递函数向状态空间转换：[A,B,C,D] = TF2SS(NUM,DEN)；状态空间转换向传递函数：[NUM,DEN] = SS2TF(A,B,C,D,iu)---iu表示对系统的第iu个输入量求传递函数；对单输入iu为1;验证教材P438页的例9-6。
求P512的9-6题的状态空间描述。
>> A=[0 1;0 -2];>> B=[1 0;0 1];>> C=[1 0;0 1];>> D=[0 0;0 0];>> [NUM,DEN] = ss2tf(A,B,C,D,1)NUM =0 1 20 0 0DEN =1 2 0>> [NUM,DEN] = ss2tf(A,B,C,D,2)NUM =0 0 10 1 0DEN =1 2 0给出的结果是正确的，是没有约分过的形式P512 9-6>> [A,B,C,D]=tf2ss([1 6 8],[1 4 3])A =-4 -31 0B =1C =2 5D =12、状态方程求解单位阶跃输入作用下的状态响应：G=ss(A,B,C,D);[y,t,x]=step(G);plot(t,x).零输入响应[y,t,x]=initial(G,x0)其中，x0为状态初值。
验证P435的例9-4，P437的例9-5。
9-4A=[0 1;-2 -3];B=[0;0];C=[0 0];D=[0];G=ss(A,B,C,D);[y,t,x]=initial(G,[1;2]);plot(t,x)（设初始状态为[1 ;2]）零输入响应00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.82-1-0.50.511.529-5零输入响应A=[0 1;-2 -3];B=[0;1];C=[0 0];D=[0];G=ss(A,B,C,D);[y,t,x]=initial(G,[1;2]);plot(t,x)00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.82-1-0.50.511.52零状态响应，阶跃信号激励下>> A=[0 1;-2 -3];B=[0;1];C=[0 0];D=[0];>> G=ss(A,B,C,D);[y,t,x]=step(G);plot(t,x)00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.8200.050.10.150.20.250.30.350.4总响应>> A=[0 1;-2 -3];B=[0;1];C=[0 0];D=[0];G=ss(A,B,C,D);[y1,t1,x1]=step(G);[y2,t2,x2]=initial(G,[1;2]);>> x=x1+x2;>> plot(t1,x)00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.82-0.500.511.523、系统可控性和可观测性可控性判断：首先求可控性矩阵：co=ctrb(A ，B)。
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现代控制理论基础
上机实验报告之二
基于降维观测器的
超精密车床振动控制
院 系：
专 业：自动化
姓 名：
班 号：
指导教师：
哈尔滨工业大学
2013年x月x日
一、工程背景介绍
在实验一中针对亚微米超精密车床的振动控制系统，我们采用全状态反馈法设计了控制
规律。但是在工程实践中，传感器一般只能测量基座和床身的位移信号，不能测量它们的速
度及加速度信号，所以后两个状态变量不能获得，换句话说全状态反馈很难真正实现。
为了解决这个问题，本实验设计一个降维（2维）状态观测器，用来解决状态变量 2x、
3
x
的估计问题，从而真正实现全状态反馈控制。
二、实验目的
通过本次上机实验，使同学们熟练掌握：
1.降维状态观测器的概念及设计原理；
2.线性系统分离原理的内涵；
3.进一步熟悉极点配置及状态反馈控制律的设计过程；
4.MATLAB 语言的应用。
三、性能指标
闭环系统渐近稳定；降维观测器渐近稳定。
四、给定的实际参数
某一亚微米超精密车床隔振系统的各个参数为：
01200/,980/,120,0.2,300,0.95e
kNmkNAmkgcRLH
五、车床振动系统的开环状态空间模型
开环系统的状态空间表达式为：
11
22
33
1
2
3
0100
00103157.910.5315.88.6100xxxxuxxxyxx
六、降维观测器方程的推导
构造2维降维状态观测器如下：
22122212211121
12
()[()()]()()zALAzALAALAyBLBuxQyQzLy
其中，11[0]A，12[10]A，2103157.9A，220110.5315.8A，1[0]B，
2
0
8.6B
，1100Q，2001001Q，12lLl
设降维观测器的理想几点为120,80，则理想特征方程为
*2
()(80)(120)2009600f
降维观测器特征方程为
2
2212112
()det[()](315.8)(315.810.5)fIALAlll
令*()()ff，得到
115.846159L
得到2维降维状态观测器为
11613270004617031692337008.6001101160146159zzyuxzy
七、基于降维观测器的状态反馈控制率设计
根据性能指标21100%5%pe，解得0.69。
根据性能指标40.5st，解得8。
留出裕量，取0.8,15n，则：212,19n。为此得两共轭极点
12
129,129sjsj
。取第三个极点3100s。得出系统期望特征多项式为：
32
()(129)(129)(100)124262522500fjj
(12)
设状态反馈控制律为：
1
1232
3
x
ukkkxvx
则闭环状态空间表达式为：
11
22
123
33
1
2
3
0100
00103157.98.610.58.6315.88.68.6100xxxxvkkkxxxyxx
此时闭环系统的特征多项式为：
*32
321
()(315.88.6)(10.58.6)3157.98.6fkkk
（13）
将式（12）与式（13）比较得：
3
2
1
315.88.612410.58.626253157.98.622500kkk
解得：
1
2
3
2249292.522.3kkk
实际状态反馈控制率为uKxv。
八、闭环系统的数字仿真
1.闭环系统的单位阶跃响应仿真
由以上设计过程，借助Matlab画出的系统的simulink仿真图如图1：
图1 simulink仿真图
系统的响应曲线如图2、图3：
图2 系统阶跃响应曲线
图3 系统阶跃响应曲线
由仿真结果可以看出，系统的超调量为0.45%5%p，调整时间为
0.320.5stss
，满足指标要求。
2.闭环系统的状态响应仿真
假设存在某一初始振动状态：
5552123(0)310,(0)110/,(0)210/xmxmsxms
。
降维观测器的初始状态为：
55223(0)210/,(0)110/xmsxms
用Matlab仿真得到系统各状态变量变化曲线如图４：
图4 系统状态响应曲线
由仿真结果可以看出降维观测器的设计达到标准。
八、实验结论及心得
系统的超调量为0.45%5%p，调整时间为0.320.5stss，满足指标要求。
本次的实验让我重温了系统降维状态观测器的设计方法，加深了对状态观测器作用的认
识。从本次的实验结果可以看出，状态观测器可以很好的反映系统所不能测量的状态，这在
实际应用中有很重要的意义。