北航计算机控制系统设计与仿真

"北航计算机控制系统大作业2.docx" 这篇文档主要涉及的是计算机伺服控制系统的设计，具体是一个带有均质圆盘负载的直流力矩电机的伺服系统。以下是该作业中涉及的关键知识点： 1. **伺服系统方框图**：系统包含电机、测速机、电位计、模拟控制器（K1、K2、K3）、数字控制器（采样、CPU、D/A转换器）以及功放等组件。 2. **传递函数**：电机的角速率与输入电压之间的传递函数是关键参数，用于描述电机性能。此外，还有其他组件的传递系数，如测速机和电位计。 3. **控制参数**：电位计的最大转角和输出电压、功放的增益、采样周期等是设计控制系统的必要条件。 4. **设计要求**： - 设计状态反馈增益K，以满足特定的闭环极点配置。 - 设计降维观测器并确定L值，以实现状态估计。 - 编写离散控制律D(z)并实现控制器。 - 验证控制器在受到扰动时的控制效果。 - 可选设计指令跟踪控制器。 5. **数学模型**： - 系统的状态方程是连续的，需要转换为离散形式，使用MATLAB的`c2d`函数完成。 - 确定系统可控性和可观性，通过可控性矩阵和可观性矩阵来验证。 - 使用 Ackermann 公式求解状态反馈增益K，以配置期望的闭环极点。 6. **降维观测器**： - 观测器的设计涉及到特征方程的解决，以满足特定的观测器衰减速率。 - 使用MATLAB求解观测器增益L，以实现对不可测状态的估计。 7. **离散控制律D(z)**： - 控制律D(z)是离散时间域中的控制器表达式，用于指导系统的控制策略。 - 需要配置适当比例因子并绘制程序流程图。 8. **仿真验证**： - 通过仿真分析控制器在系统受扰动时的响应，检查系统是否能回归到平衡状态。 - 可选任务是设计指令跟踪控制器并分析闭环系统的阶跃响应。 以上内容概述了该作业的主要知识点，涵盖了控制系统设计的基本步骤，包括系统建模、控制器设计、状态估计和系统验证等。在实际操作中，这需要运用到控制理论、数字信号处理和MATLAB编程等多个领域的知识。