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4.状态观测器的期望极点与实际极点的关系
按照之前做过的状态观测器实验取了3-5倍。当时是这么说的:考虑到实际情况,一般期望极点取为实际极点的3-5倍。但经过前人实验验证,在理想情况下,期望极点的倍数是越大越好的。
5.输出角度验证
在实验中,我们对设定值和编码器计数输出值同时除以1200,编码器本身为1200线,因此,当我们设定值为100时,理论上电机应当转过一圈的十二分之一,即30度。通过实验中的人工观测,发现电机的控制准确,转过的角度与设定角度一致。
(二)实验过程中注意点
(1)首先,就实验涉及的设备,就包括了PC机、THBDC-1实验平台、SYL-2.5直流电机、电机驱动箱等具体的实物设备,除此,还有matlab、simulink、THBDC-1虚拟示波器等软件设备,我们要熟练了解和使用。
(2)电机是非线性系统,在测量完电机的传递函数,完成了DA卡输出的电平匹配以及电机的去死区之后,我们才能把电机当做线性系统来设计。
(3)在状态观测、状态反馈设计过程中,一个是根据经验,一个就是根据指标。状态观测器的闭环极点的取值,是根据经验,取系统时间常数的3-5倍。状态反馈的设计,就需要根据指标要求,进行极点配置,并且设计时需要考虑到实际系统的误差,留有较大的余量,
(三)实验小结
1.实验内容小结
在长达一个学期的综合实验学习过程中,我们将本次综合实验的各个部分分为多个子实验来进行,最后在将各个实验的内容综合起来,这在无形之中帮我们把现代控制理论的知识做了一个系统的整理,形成了一个相对完整系统的知识架构。
经典控制理论希望我们建立起来一个系统的概念,在分析过程中,通过系统的角度去进行控制分析,而现代控制理论在控制过程中,从系统中的诸多状态入手,利用状态进行反馈,控制系统。当然,并非所有的状态都是可以直接测量的,这时我们可以通过设计状态观测器来对系统中的状态进行重构,利用观测器的状态来进行状态反馈。状态反馈实现了系统极点的重新配置,从根本上对系统进行了控制,效果是毋庸置疑的。但与此同时,状态反馈器的引入带来了稳态误差,此时我们就需要增加一个具有积分环节的反馈外环来消除稳态误差。我们也可以像《自动控制原理》书中介绍的那样,通过设计一个前馈增益矩阵来补偿稳态误差,但效果不及前者的闭环反馈。
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2.设计过程小结
从最简单的DA\\AD卡、电机驱动箱、电机驱动、电机发电机、电机组的编码器开始,构建模型,测量电机传递函数,我们选择时域法获得电机的时间常数,通过超调测量获得电机位置传递函数的比例环节的值,这个过程进展的不是很顺利,一是电机出现了故障,无法输出正常脉冲,二是测量K的准确度不容易把握,不同电机的特性不一样,同时死区,电平转换等也会影响最终结果。此外,我们需要根据测得的值设计状态观测器、状态反馈等,这个计算在以往基础实验中已经涉及,所以进展比较顺利,列出方程,代入数据即可,但是理论值和实际值可能存在偏差,所以在设计好后可能还要进行微调,在最后整个系统搭建过程中,由于每一个步骤都尽量设计的合理,准确,最终的在半圈以内位置控制的比较好,符合设计的要求和指标,超过半圈超调较大,因为系统已经进入到非线性区域。
3.个人总结
在本次实验中,我也对人生的做事方式有了一点体会。无论何时,当我们面对一件事时,应当做到以下两点:看要看大,做要做小。就是说当我们看待一件事情时,应当从一个相对系统全面的角度去看待和分析这件事情,这样我们才能更好的认识到事情各部分之间的关系,能够在一个较高的角度来分析工作的进行,使最后能实现一个全局的良好状态,而不是我们优化过程中经常遇到的局部最优的情况。做事要从小事开始做起,这样才不会让自己对一个较大的工程产生畏惧感,同时在做小事的过程中也增加着我们的经验和自信,当我们将整件事的各个小部分做好之后,我们发现我们可以很好的把一个庞大的工程完成,这正是中国传统思想中的“不积跬步,无以成江海”和“千里之行,始于足下”希望带给人们的思考。
4.建议
(1)可以的话,实验室的设备,尤其是电机能检修一下最好,因为老是有做了好久出不来结果,最后发现设备有点不易发现的小问题;
(2)实验室PC机中毒现象很严重,学生拷贝程序、图片十分不便,希望老师能统一装上杀毒软件;
(3)理论课老师您讲得很仔细,内容也充足,与实验也很搭,但课堂气氛不是很活跃,老师可以找几个与实验内容相关的小视频放放;
(4)实验前讲解时老师可以多下来走动,与学生互动,也可以多做一些简单例程的现场演示,活跃一下气氛。