simulink观测器

### Simulink 中观测器设计与实现

#### 设计背景
在现代控制系统中，状态观测器扮演着重要角色。当无法直接测量系统所有状态时，可以通过构建一个虚拟的辅助系统来估算这些不可测的状态[^2]。

#### 观测器基本原理
状态观测器通过利用系统的输入和输出数据，在线估计系统的内部状态向量。对于给定的一个连续时间线性动态系统\[ \dot{x}(t) = Ax(t)+Bu(t), y=Cx(t)\] ，其中\( A\in R^{n\times n} , B\in R^{n\times m}, C\in R^{p\times n}\)，可以设计相应的观测器方程为：

% MATLAB code snippet to define observer dynamics
function dx_hat = state_observer(x_hat, u, y, L)
    % x_hat is the estimated state vector,
    % u is input signal,
    % y is measured output,
    % L is gain matrix.
    
    global A B C;
    e = y - C*x_hat;  % Error between actual and predicted outputs
    
    dx_hat = (A-L*C)*x_hat + B*u + L*y;
end

这里`L`代表增益矩阵，其选择直接影响到观测误差收敛的速度及稳定性[^1]。

#### 扰动观测器(DOB)结构
针对存在未知或未建模扰动的情况，扰动观测器不仅能够估计系统自身的状态变化趋势，还能识别并补偿外界施加的影响因素。这种类型的观测器特别适用于提高控制性能和鲁棒性的场合。

#### 极点配置策略
为了使观测器具有良好的瞬态特性而不影响整体稳定裕度，通常建议将观测器极点设置为主系统闭环主导极点位置附近的若干倍数关系，比如选取为其25倍左右的位置[^4]。

#### 实现步骤概览
- **建立基础模型**：根据具体应用场景搭建目标对象的基础物理/数学模型；
- **定义观测机制**：按照上述原则确定合适的观测架构形式（如全维vs降维），并计算必要的参数值；
- **编写S函数或使用内置模块**：借助MATLAB/Simulink平台提供的工具集完成具体的编码工作或是调用预置组件快速组装原型；
- **验证测试效果**：对比实验结果同理论预期之间的差异程度，必要时调整优化直至满足精度需求为止；