车载天线伺服系统模型的降阶与控制器设计分析研究生毕业论文.docx

研 究 生 课 程 论 文(2014-2015 学年第一学期)车载天线伺服系统模型的降阶与控制器设计分析提交日期： 研究生签名：学号 学院课程编号 课程名称 线性系统学位类别 任课教师教师评语：成绩评定： 分任课教师签名： 年 月 日 摘 要对高阶系统模型的降阶和控制器的设计与综合历来是自动控制领域里基本且重要的问题，围绕这两个问题已产生了许多方法并且在实际中得到广泛应用本文以一个5 阶的车载天线伺服系统模型为例，将此高阶模型降为二阶系统，采用包括 PID 控制器，超前- 滞后控制器 ,分别运用极点配置、LQR、H∞设计结合内模原理设计状态反馈控制器，以及基于 LQR 的输出反馈控制器等在内的多种方法控制器来使系统达到一定的性能指标通过分析使用控制器后的系统阶跃响应曲线和伯德图，了解控制器各参数对系统的影响；讨论了常数干扰情况下，受控系统的性能的变化情况最终，通过对此车载天线伺服系统模型以上几个问题的讨论与分析，具体的阐释了高阶系统的控制器的设计方法。

关键词：模型降阶；PID；超前-滞后；极点配置； LQR；H∞目 录第一章 问题描述 ..................................................................................................................- 1 -第二章 系统模型及降阶 ......................................................................................................- 3 -2.1 原系统模型 ..............................................................................................................- 3 -2.2 系统降阶 .................................................................................................................- 4 -2.2.1 平衡实现 .......................................................................................................- 4 -2.2.2 奇异值分解 ...................................................................................................- 5 -2.2.3 系统降阶 ......................................................................................................- 6 -2.3 降阶结果分析 ..........................................................................................................- 7 -2.3.1 平衡降阶结果分析 .......................................................................................- 7 -2.3.2 消除零点降阶结果分析 ..............................................................................- 8 -第三章 经典控制器设计 ....................................................................................................- 10 -3.1 PID 控制器的设计 .............................................................................................- 10 -3.1.1 PID 控制器原理 ......................................................................................- 10 -3.1.2 PID 控制器各个环节的作用 ..................................................................- 11 -3.1.3 PID 控制器参数整定 ..............................................................................- 11 -3.1.4 PID 控制器仿真 .....................................................................................- 14 -3.1.5 PID 控制结果分析 ..................................................................................- 15 -3.1.6 本章小结 ....................................................................................................- 19 -3.2 超前-滞后控制器设计 ..........................................................................................- 20 -3.2.1 超前-滞后控制器原理 ...............................................................................- 20 -3.2.2 超前-滞后控制器参数整定 .......................................................................- 22 -3.2.3 超前-滞后控制结果分析 ...........................................................................- 25 -3.2.4 本章小结 ....................................................................................................- 28 -第四章 现代控制器设计 ....................................................................................................- 29 -4.1 极点配置状态反馈控制 .......................................................................................- 29 -4.1.1 极点配置状态反馈控制原理 ....................................................................- 29 -4.1.2 极点配置状态反馈控制参数计算 ............................................................- 32 -4.1.3 极点配置状态反馈控制参数整定 ............................................................- 33 -4.1.4 极点配置状态反馈控制仿真 ....................................................................- 37 -4.1.5 常数干扰情况 ............................................................................................- 43 -4.1.6 本章小结 ....................................................................................................- 47 -4.2 LQR 状态反馈控制器 ........................................................................................- 48 -4.2.1 LQR 基本原理 .........................................................................................- 48 -4.2.2 LQR 状态反馈参数整定 .........................................................................- 50 -4.2.3 常数负载扰动分析 ....................................................................................- 56 -4.2.4 5 阶和上包络系统 LQR 状态反馈控制及仿真 .....................................- 57 -4.2.5 本章小结 ....................................................................................................- 58 -4.3 控制器设计 .....................................................................................................- 60 -𝐻∞4.3.1 控制原理 ..............................................................................................- 60 -𝐻∞4.3.2 2 阶系统的 控制模型 ...........................................................................- 63 -𝐻∞4.3.3 2 阶系统的 控制参数整定 ...................................................................- 64 -𝐻∞4.3.4。