计算机控制系统离散建模与极点配置实例

本资源主要关注于计算机控制系统的离散建模和控制设计。在Ansys Electronics Desktop 2019 R1 的Q3D Extractor环境中，涉及的具体问题包括卫星动力学方程的离散化处理以及全状态反馈的设计。以下是详细的知识点概述： 1. **卫星动力学方程离散化**： - 提供了一个关于卫星动力学的连续模型，假设采样周期T=0.05秒。离散化的过程涉及将连续时间系统转化为离散时间系统，通常通过欧拉方法或者更高级的数值积分方法，如零阶保持器（Zero-Order Hold, ZOH）或更高阶的采样保持器（Sample-and-Hold, SAH）来实现。这一步骤的目标是将连续系统的行为在每个采样时刻近似表示，以便于在计算机上进行实时控制。 2. **全状态反馈设计**： - 采用极点配置法来设计全状态反馈控制，这是一种常见的基于系统稳定性分析的控制策略。目标是使系统具有期望的阻尼比ξ = 0.7和自然频率ω = 10 rad/s。这个过程包括确定适当的反馈矩阵，使得系统的特征根（极点）满足这些性能指标，从而确保系统的动态响应符合控制需求。 3. **现今值观测器增益计算**： - 另一方面，要求计算一个现今值观测器的增益，其期望极点同样具有阻尼比ξ = 0.7和自然频率ω = 20 rad/s。现今值观测器是一种用于估计系统不可观测状态的控制器，通过优化观测器的设计，确保系统的可观测性和稳定性。 4. **计算机控制系统实例**： - 文件中提及了几个计算机控制系统的设计实例，如雷达天线俯仰角位置伺服控制系统、水位高度控制系统和机械手控制系统。这些例子展示了如何将传统模拟控制系统转化为计算机控制系统，包括系统结构图的绘制和控制算法的编程实现。 5. **信号采样与拉氏变换**： - 对连续信号进行理想采样，涉及到采样信号的数学表达式计算，以及拉氏变换在采样信号处理中的应用。这些问题在信号处理和控制系统设计中至关重要，因为它们涉及到数字信号处理的基本原理，如采样定理和连续时间信号到离散时间信号的转换。 这些知识点展示了在Ansys Electronics Desktop 2019 R1的背景下，如何将连续控制系统转化为离散形式，设计合适的控制策略，并处理信号处理中的关键概念。对于从事计算机控制和信号处理的学生或工程师来说，理解和解决这些问题有助于提升他们的实践技能。