中南大学现代控制理论实验报告
中南大学
现代控制理论实验报告指导老师：年晓红、郭宇骞
姓名：
学号：
专业班级：
实验日期： 2015.6.11 学院：信息科学与工程学院
实验1 用MATLAB分析状态空间模型
1、实验设备
PC计算机1台，MATLAB软件1套。
2、实验目的
①学习系统状态空间表达式的建立方法、了解系统状态空间表达式与传递函数
相互转换的方法；
②通过编程、上机调试，掌握系统状态空间表达式与传递函数相互转换方法学
习系统齐次、非齐次状态方程求解的方法，计算矩阵指数，求状态响应；
③通过编程、上机调试，掌握求解系统状态方程的方法，学会绘制状态响应曲
线；
④掌握利用MATLAB导出连续状态空间模型的离散化模型的方法。
3、实验原理说明
参考教材P56~59“2.7用MATLAB分析状态空间模型”
参考教材P99~101“3.8利用MATLAB求解系统的状态方程”
4、实验步骤
①根据所给系统的传递函数或A、B、C矩阵，依据系统的传递函数阵和状态
空间表达式之间的关系式，采用MATLAB编程。
②在MATLAB界面下调试程序，并检查是否运行正确。
③根据所给系统的状态方程，依据系统状态方程的解的表达式，采用MATLAB
编程。
④在MATLAB界面下调试程序，并检查是否运行正确。
5、实验习题
题1.1 已知SISO系统的传递函数为
（1）将其输入到MATLAB工作空间；
（2）获得系统的状态空间模型。
解：
(1)
num=[1,5,8] ; den=[1,2,6,3,9] ;
G=tf(num , den)
Transfer function:
s^2 + 5 s + 8
-----------------------------
s^4 + 2 s^3 + 6 s^2 + 3 s + 9
(2)
G1=ss(G)
a =
x1 x2 x3 x4
x1 -2 -1.5 -0.75 -2.25
x2 4 0 0 0
x3 0 1 0 0
x4 0 0 1 0
b =
u1
x1 2
x2 0
x3 0
x4 0
c =
x1 x2 x3 x4
y1 0 0.125 0.625 1
d =
u1
y1 0
Continuous-time model.
题1.2 已知SISO 系统的状态空间表达式为
112233010100134326x x x x u x x ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤
⎢⎥
⎢⎥
⎢
⎥
⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥
⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥----⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦
，[]1231
00x y x x ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦
（1）将其输入到MATLAB 工作空间；
（2）求系统的传递函数。
解：
(1)
A=[0,1,0;0,0,1;-4,-3,-2];
B=[1;3;-6];
C=[1,0,0];
D=0;
G=ss(A,B,C,D)
a =
x1 x2 x3
x1 0 1 0
x2 0 0 1
x3 -4 -3 -2
b =
u1
x1 1
x2 3
x3 -6
c =
x1 x2 x3
y1 1 0 0
d =
u1
y1 0
Continuous-time model.
(2)
G1=tf(G)
Transfer function:
s^2 + 5 s + 3
---------------------
s^3 + 2 s^2 + 3 s + 4
题1.3 已知SISO 系统的状态方程为
（1）0u =，()101x ⎡⎤=⎢⎥-⎣⎦
，求当t =0.5时系统的矩阵系数及状态响应；
（2）1()u t =，()000x ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦
，绘制系统的状态响应及输出响应曲线；
（3）1cos3t u e t -=+，()000x ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦
，绘制系统的状态响应及输出响应曲线；
（4）0u =，()102x ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦
，绘制系统的状态响应及输出响应曲线；
（5）在余弦输入信号和初始状态()101x ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦
下的状态响应曲线。
解：
(1)
A=[0,1;-2,-3];B=[3;0];
expm(A*0.5)
A=[0,1;-2,-3];B=[3;0];
expm(A*0.5)
ans*[1;-1]
ans =
0.8452 0.2387
-0.4773 0.1292
ans =
0.8452 0.2387
-0.4773 0.1292
ans =
0.6065
-0.6065
(2)
A=[0,1;-2,-3]; B=[3;0];C=[1,1]; D=[0];
G=ss(A,B,C,D); [y,t,x]=step(G);plot(t,x)
(3)
A=[0,1;-2,-3]; B=[3;0];C=[1,1]; D=[0];
t=[0:.02:4];u=1+exp(-t).*cos(3*t);
G=ss(A,B,C,D);[y,t,x]=lsim(G,u,t);plot(t,x)
plot(t,y)
(4)
A=[0,1;-2,-3]; B=[3;0];C=[1,1]; D=[0];
t=[0:.02:4];u=0;
G=ss(A,B,C,D);x0=[1;2];[y,t,x]=initial (G,x0,t);plot(t,x)
plot(t,y)
(5)
A=[0,1;-2,-3]; B=[3;0];C=[1,1]; D=[0];
t=[0:.02:4];u=cos(t);
G=ss(A,B,C,D);x0=[1;1];[y,t,x]=lsim(G,u,t,x0);plot(t,x)
题1.4 已知一个连续系统的状态方程是
T 秒
若取采样周期0.05
（1）试求相应的离散化状态空间模型；
（2）分析不同采样周期下，离散化状态空间模型的结果。
解：
A=[0,1;-25,-4];
B=[0;1];
[G,H]=c2d(A,B,0.05)
G =
0.9709 0.0448
-1.1212 0.7915
H =
0.0012
0.0448
6、实验总结
①学会了系统状态空间表达式的建立方法、了解了系统状态空间表达式与传递函数相互转换的方法；掌握了系统状态空间表达式与传递函数相互转换方法学习系统齐次、非齐次状态方程求解的方法；学会了计算矩阵指数，求状态响应和绘制状态响应曲线；掌握了利用MATLAB导出连续状态空间模型的离散化模型的方法。
②在MATLAB界面下调试程序，还是发现了一些问题，比如函数使用错误和参数未定义等。但后来经过反复的练习已经能很清楚的分清各个函数的用法。
实验2 系统的能控性、能观测性分析
1、实验设备
PC计算机1台，MATLAB软件1套。
2、实验目的
①学习系统状态能控性、能观测性的定义及判别方法；
②通过用MATLAB编程、上机调试，掌握系统能控性、能观测性的判上使用别方法，掌握将一般形式的状态空间描述变换成能控标准形、能观标准形。
学习系统稳定性的定义及李雅普诺夫稳定性定理；
通过用MATLAB编程、上机调试，掌握系统稳定性的判别方法。
3、实验原理说明
参考教材P117~118“4.2.4利用MATLAB判定系统能控性”
参考教材P P124~125“4.3.3利用MATLAB判定系统能观测性”
4、实验步骤
① 根据系统的系数阵A 和输入阵B ，依据能控性判别式，对所给系统采用MATLAB 编程；在MATLAB 界面下调试程序，并检查是否运行正确。 ② 根据系统的系数阵A 和输出阵C ，依据能观性判别式，对所给系统采用MATLAB 编程；在MATLAB 界面下调试程序，并检查是否运行正确。
③ 构造变换阵，将一般形式的状态空间描述变换成能控标准形、能观标准形。 ④ 参考教材P178~181“5.3.4 利用MATLAB 进行稳定性分析”
⑤ 掌握利用李雅普诺夫第一方法判断系统稳定性；
⑥ 掌握利用李雅普诺夫第二方法判断系统稳定性。
5、实验习题
题2.1 已知系数阵A 和输入阵B 分别如下，判断系统的状态能控性
⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=2101013333.06667.10666.6A ， ⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡=110B 解：
A=[6.666,-10.6667,-0.3333;1,0,1;0,1,2];B=[0;1;1];
Uc=[B,A*B,A^2*B]
n=length(A);
flag=rank(Uc);
if flag==n
disp('系统可控');
else disp('系统不可控');
end
Uc =
0 -11.0000 -84.9926
1.0000 1.0000 -8.0000
1.0000 3.0000 7.0000
系统可控
题2.2 已知系数阵A 和输出阵C 分别如下，判断系统的状态能观性。
⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=2101013333.06667.10666.6A ， []201=C 解：
A=[6.666,-10.6667,-0.3333;1,0,1;0,1,2];C=[1,0,2];
Uo=[C;C*A;C*A^2]
n1=rank(Uo);
n2=length(A);
if n2==n1
disp('系统可观')
else
disp('系统不可观')
end
Uo =
1.0000 0
2.0000
6.6660 -8.6667 3.6667
35.7689 -67.4375 -3.5551
系统可观
题2.3已知系统状态空间描述如下
（1）判断系统的状态能控性；
（2）判断系统的状态能观测性；
（3）构造变换阵，将其变换成能控标准形；（4）构造变换阵，将其变换成能观测标准形；解：
(1)(2)
A=[0,2,-1;5,1,2;-2,0,0];
B=[1;0;-1];
C=[1,1,0];
n=length(A);
Uc=[B,A*B,A^2*B]
Uo=[C;C*A;C*A^2]
flagC=rank(Uc);
flagO=rank(Uo);
if n==flagC
disp('系统可控');
end
if n==flagO
disp('系统可观');
end
Uc =
1 1 8
0 3 4
-1 -2 -2
Uo =
1 1 0
5 3 1
13 13 1
系统可控
系统可观
(3)
p1=[0,0,1]*inv(Uc);
P=[p1;p1*A;p1*A^2]
Ac=P*A*inv(P)
Bc=P*B
P =
0.1364 0.0455 0.1364
-0.0455 0.3182 -0.0455
1.6818 0.2273 0.6818
Ac =
0 1.0000 0
0 0.0000 1.0000
-10.0000 12.0000 1.0000
Bc =
1.0000
(4)
T1=inv(Uo)*[0;0;1];
T=[T1,A*T1,A^2*T1]
Ao=inv(T)*A*T
Co=C*T
T =
-0.5000 0 -1.0000
0.5000 0 2.0000
1.0000 1.0000 0
Ao =
0 0 -10
1 0 12
0 1 1
Co =
0 0 1
题2.4某系统状态空间描述如下
（1）利用李雅普诺夫第一方法判断其稳定性；
（2）利用李雅普诺夫第二方法判断其稳定性。解：
A=[0,2,-1;5,1,2;-2,0,0];
B=[1;0;-1];
C=[1,1,0];
D=0;
flag1=0;
flag2=0;
[z,p,k]=ss2zp(A,B,C,D,1);
disp('System zero-points,pole-points and gain are:'); z
p
k
n=length(A);
%利亚普诺夫第一方法
for i=1:n
if real(p(i))>0
flag1=1;
end
end
if flag1==1
disp('System is unstable');
else
disp('System is stable');
end
%利亚普诺夫第二方法
Q=eye(3,3);%Q=I
P=lyap(A,Q);%求解矩阵P
for i=1:n
det(P(1:i,1:i))
if (det(P(1:i,1:i))<=0)
flag2=1;
end
end
if flag2==1
disp('System is unstable');
else
disp(' System is stable');
end
System zero-points,pole-points and gain are:
z =
1.0000
-4.0000
p =
-3.3978
3.5745
0.8234
k =
1
System is unstable
ans =
-2.1250
ans =
-8.7812
ans =
6.1719
System is unstable
6、实验总结
①学会了系统状态能控性、能观测性的定义及判别方法；通过用MATLAB编程、上机调试，掌握了系统能控性、能观测性的判上使用别方法，掌握将一般形式的状态空间描述变换成能控标准形、能观标准形和系统稳定性的判别方法。
②在使用李雅普诺夫第一方法和第二方法判断稳定性时，发现了一些小问题，但很快就改正了，总的来说，本次实验还是很成功的，也学到了很多东西。 实验3 利用MATLAB 实现极点配置、设计状态观测器
1、实验设备
PC 计算机1台，MATLAB 软件1套。
2、实验目的
① 学习闭环系统极点配置定理及算法，学习全维状态观测器设计方法； ② 通过用MATLAB 编程、上机调试，掌握极点配置算法，设计全维状态观测器。
3、实验原理说明
参考教材P204~207 “6.2.5 利用MATLAB 实现极点配置”
P227~230 “6.4.4 利用MATLAB 设计状态观测器”
4、实验步骤
（1）掌握采用直接计算法、采用Ackermann 公式计算法、调用place 函数法分别进行闭环系统极点配置；
（2）掌握利用MATLAB 设计全维状态观测器。
5、实验习题
题3.1 某系统状态方程如下
理想闭环系统的极点为[]123---，试
（1）采用直接计算法进行闭环系统极点配置；
（2）采用Ackermann 公式计算法进行闭环系统极点配置；
（3）采用调用place 函数法进行闭环系统极点配置。
解：
(1)
A=[0,1,0;0,0,1;-4,-3,-2];
B=[1;3;-6];
C=[1,0,0];
P=[-1,-2,-3];
syms k1 k2 k3 s;
K=[k1 k2 k3];
eg=simple(det(s*diag(diag(ones(size(A)))) -A+B*K));
f=1;
for i=1:3
f=simple(f*(s-P(i)));
end
f=f-eg;
[k1 k2 k3]=solve(subs(f,'s',0),subs((diff(f,'s')),'s',0),diff(f,'s',2))
k1 =
194/131
k2 =
98/131
k3 =
(2)
A=[0,1,0;0,0,1;-4,-3,-2];
B=[1;3;-6];
C=[1,0,0];
P=[-1,-2,-3];
K=acker(A,B,P)
A1=A-B*K
K =
1.4809 0.7481 -0.0458
A1 =
-1.4809 0.2519 0.0458
-4.4427 -2.2443 1.1374
4.8855 1.4885 -2.2748
K 为配置增益参数，A1为配置后的系统A 阵
(3)
A=[0,1,0;0,0,1;-4,-3,-2];
B=[1;3;-6];
C=[1,0,0];
P=[-1,-2,-3];
K=place(A,B,P)
K =
1.4809 0.7481 -0.0458
题3.2 某系统状态空间描述如下
设计全维状态观测器，要求状态观测器的极点为[]1
23---。
解：
A=[0,1,0;0,0,1;-4,-3,-2];
B=[1;3;-6];
C=[1,0,0];
n=3;%系统阶数
Ob=obsv(A,C);%能观测矩阵
flag=rank(Ob);
if flag==n%如果可观
disp('系统可观');
P1=[-1,-2,-3];
A1=A';
B1=C';
C1=B';
K=acker(A1,B1,P1);
H=(K)'
ahc=A-H*C
%X'=ahc*X+B*u+H*y
end
H =
4
-10
ahc =
-4 1 0
0 0 1
6 -3 -2
6、实验总结
①学会了闭环系统极点配置定理及算法，学会了全维状态观测器设计方法和利用MATLAB设计全维状态观测器的方法；掌握了采用直接计算法、采用Ackermann公式计算法、调用place函数法分别进行闭环系统极点配置。
②本次实验的问题主要在于采用直接计算法进行闭环系统极点配置，因为书上讲的不是特别详细，所以用了大部分时间在它上面，后来又搜索了相关用法才做出来。
③我觉得做这些实验的目的在于让我们学会用MATLAB软件来解决一些问题，因此我们必须学会使用方法。在这几次实验中，我收获颇丰。
现代控制理论-基于MATLAB的实验指导书课程设计指导书
现代控制理论 基于MATLAB的实验指导书
第一部分实验要求 1．实验前做好预习。 2．严格按照要求操作实验仪器，用毕恢复原状。 3．实验完成后，由指导教师检查实验记录、验收仪器后，方可离开。 4．实验报告应包括以下内容： 1）实验目的； 2）实验原理图； 3）实验内容、步骤； 4）仿真实验结果（保留仿真实验波形，读取关键参数）； 5）仿真实验结果分析。 第二部分MATLAB平台介绍 实际生产过程中，大部分的系统是比较复杂的，并且要考虑安全性、经济性以及进行实验研究的可能性等，这在现场实验中往往不易做到，甚至根本不允许这样做。这时，就需要把实际系统建立成物理模型或数学模型进行研究，然后把对模型实验研究的结果应用到实际系统中去，这种方法就叫做模拟仿真研究，简称仿真。 到目前为止，已形成了许多各具特色的仿真语言。其中美国Mathworks软件公司的动态仿真集成软件Simulink与该公司著名的MATLAB软件集成在一起，成为当今最具影响力的控制系统应用软件。 国内MA TLAB软件的著名论坛为“MATLAB中文论坛”，网址为：https://https://www.wendangku.net/doc/ea19034086.html,/forum.php，建议同学们注册并参与论坛相关内容的讨论。 图1 MA TLAB仿真环境
第三部分 实验 实验一 线性系统的时域分析 实验目的 熟悉MATLAB 环境，掌握用MATLAB 控制系统工具箱进行线性定常系统的时域分析、能控性与能观性分析、稳定性分析的方法。 实验要求 完成指导书规定的实验内容，记录并分析实验结果，写出实验报告。 实验内容 1．已知系统的状态模型，求系统在单位阶跃输入下的各状态变量、输出响应曲线。 例：[]⎥⎦ ⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡2121214493.69691.1,0107814.07814.05572.0x x y u x x x x 。 键入：a = [-0.5572, -0.7814; 0.7814,0]; b = [1; 0]; c = [1.9691, 6.4493]; d = 0; [y, x, t]=step(a, b, c, d); plot(t, y); grid （回车，显示输出响应曲线。） plot(t,x); grid （回车，显示状态变量曲线。） 或plot(t, x(:, i)); grid （回车，显示第i 个状态变量曲线。） （1）[]⎥⎦⎤ ⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡21212121,103210x x y u x x x x （2）[]⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦ ⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡321321321154,1006116100110x x x y u x x x x x x 思考：增加初始条件：(0,0)(1,1)x =绘制系统的输出响应曲线。
最优控制理论课程总结
《最优控制理论》 课程总结 姓名：肖凯文 班级：自动化1002班 学号：0909100902 任课老师：彭辉
摘要：最优控制理论是现代控制理论的核心，控制理论的发展来源于控制对象的要求。尽50年来，科学技术的迅速发展，对许多被控对象，如宇宙飞船、导弹、卫星、和现代工业设备的生产过程等的性能提出了更高的要求，在许多情况下要求系统的某种性能指标为最优。这就要求人们对控制问题都必须从最优控制的角度去进行研究分析和设计。最优控制理论研究的主要问题是：根据已建立的被控对象的时域数学模型或频域数学模型，选择一个容许的控制律，使得被控对象按预定要求运行，并使某一性能指标达到最优值[1]。 关键字：最优控制理论，现代控制理论，时域数学模型，频域数学模型，控制率Abstract： The Optimal Control Theory is the core of the Modern Control Theory，the development of control theory comes from the requires of the controlled objects.During the 50 years， the rapid development of the scientific technology puts more stricter requires forward to mang controlled objects，such as the spacecraft，the guide missile，the satellite，the productive process of modern industrial facilities，and so on，and requests some performance indexes that will be best in mang cases.To the control problem，it requests people to research ,analyse，and devise from the point of view of the Optimal Control Theory. There are mang major problems of the Optimal Control Theory studying,such as the building the time domain’s model or the frenquency domain’s model according to the controlled objects,controlling a control law with admitting, making the controlled objects to work according to the scheduled requires, and making the performance index to reseach to a best optimal value. Keywords: The Optimal Control Theroy， The Modern Control Theroy， The Time Domaint’s Model， The Frequency domain’s Model，The Control Law
倒立摆状态空间极点配置控制实验实验报告
《现代控制理论》实验报告 状态空间极点配置控制实验 一、实验原理 经典控制理论的研究对象主要是单输入单输出的系统，控制器设计时一般需要有关被控对象的较精确模型，现代控制理论主要是依据现代数学工具，将经典控制理论的概念扩展到多输入多输出系统。极点配置法通过设计状态反馈控制器将多变量系统的闭环系统极点配置在期望的位置上，从而使系统满足瞬态和稳态性能指标。 １．状态空间分析 对于控制系统X = AX + Bu 选择控制信号为：u = ?KX 式中：X 为状态向量（ n 维）u 控制向量（纯量） A n × n维常数矩阵 B n ×1维常数矩阵 求解上式，得到 x(t) = (A ? BK)x(t) 方程的解为： x(t) = e( A?BK )t x(0) 状态反馈闭环控制原理图如下所示： 从图中可以看出，如果系统状态完全可控，K 选择适当，对于任意的初始状态，当t趋于无穷时，都可以使x(t)趋于0。 ２．极点配置的设计步骤 1) 检验系统的可控性条件。 2) 从矩阵 A 的特征多项式 来确定 a1, a2,……,an的值。 3) 确定使状态方程变为可控标准型的变换矩阵 T：T = MW 其中 M 为可控性矩阵， 4) 利用所期望的特征值，写出期望的多项式 5) 需要的状态反馈增益矩阵 K 由以下方程确定： 二、实验内容 针对直线型一级倒立摆系统应用极点配置法设计控制器，进行极点配置并用Matlab进行仿真实验。 三、实验步骤及结果 1.根据直线一级倒立摆的状态空间模型，以小车加速度作为输 入的系统状态方程为： 可以取1 l 。则得到系统的状态方程为： 于是有：
直线一级倒立摆的极点配置转化为： 对于如上所述的系统，设计控制器，要求系统具有较短的调整时间（约 3 秒）和合适的阻尼（阻尼比? = 0.5）。 2.采用四种不同的方法计算反馈矩阵 K。 方法一：按极点配置步骤进行计算。 1) 检验系统可控性，由系统可控性分析可以得到，系统的状态完全可控性矩阵的秩等于系统的状态维数(4)，系统的输出完全可控性矩阵的秩等于系统输出向量y 的维数(2)，所以系统可控。 倒立摆极点配置原理图 2) 计算特征值 根据要求，并留有一定的裕量（设调整时间为 2 秒），我们选取期望的闭环极点s =μi (i = 1,2,3,4) ，其中： 其中，μ 3,μ 4 使一对具有的主导闭环极点，μ 1 ,μ 2 位于 主导闭环极点的左边，因此其影响较小，因此期望的特征方程为： 因此可以得到： 由系统的特征方程： 因此有 系统的反馈增益矩阵为： 3) 确定使状态方程变为可控标准型的变换矩阵 T：T = MW 式中： M = 0 1.0000 0 0 1.0000 0 0 0 0 0.7500 0 5.5125 0.7500 0 5.5125 0 W = 0 -7.3500 -0.0000 1.0000 -7.3500 -0.0000 1.0000 0 -0.0000 1.0000 0 0 1.0000 0 0 0 于是可以得到： T = -7.3500 -0.0000 1.0000 0 0 -7.3500 -0.0000 1.0000 0 -0.0000 0.7500 0 -0.0000 0 -0.0000 0.7500 T’= -7.3500 0 0 -0.0000 -0.0000 -7.3500 -0.0000 0 1.0000 -0.0000 0.7500 -0.0000 0 1.0000 0 0.7500
状态观测器的设计
现代控制理论实验报告 2012- 2013 学年第 2 学期 班级： 姓名： 学号：
实验四 状态观测器的设计 一、实验目的 1． 了解和掌握状态观测器的基本特点。 2． 设计状态完全可观测器。 二、实验要求 设计一个状态观测器。 三、实验设备 1． 计算机1台 2． MATLAB6.X 软件1套 四、实验原理说明 设系统的模型如式(3－1)示。 p m n R y R u R x D Cx y Bu Ax x ∈∈∈?? ?+=+= (3－1) 系统状态观测器包括全维观测器和降维观测器。设计全维状态观测器的条件是系统状态完全能观。全维状态观测器的方程为： Bu y K z C K A z z z ++-=)( (3－2) 五、实验步骤 1． 在MA TLA 界面下调试[例3.1]程序，并检查是否运行正确。 [例3.1]： ??????--=1210A ， ? ? ????=10B ， []01=C (3－3) 首先验证系统是状态完全可观测的，设状态观测器的增益阵为K z =[k1 k2]T 根据题义编程: A=[0 1;-2 -1]; B=[0;1];
C=[1 0]; D=0; [num,den]=ss2tf(A,B,C,D,1); %求出原系统特征多相式 denf=[1 6 9]; %希望的极点的特征多相式 k1=den(:,2)-denf(:,2) %计算k1=d1-a1 k2=den(:,3)-denf(:,3) %计算k2=d2-a2 程序运行结果: k1 =-5 k2 =-7 所以，状态观测器的增益阵为K z =[k1 k2]T =[-5 –7]T 。则状态观测器的方程为 六、实验要求 1、已知系数阵A 、B 、和C 阵分别如式(3－4)示,设计全维状态观测器，要求状态观测器的极点为[-1 -2 -3]上 ??????????---=234100010A ???? ? ?????-=631B []001=C (3－4) 设计全维状态观测器，要求状态观测器的极点为[-1 -2 -3]。 1． 对系统式(3.4)所示系统，采用[例3.1]的思路，用MATLAB 编程求状态观测器的 增益阵K z =[k1 k2 k3]T ； 2． 改变K z =[k1 k2 k3]的值，测试z x e -=，观察其变化，并与②比较，说明变 化规律。 3． 要求写出实验报告。 A=[0 1 0;0 0 1;-4 -3 -2]; B=[1;3;-6]; C=[1 0 0]; D=0; [num,den]=ss2tf(A,B,C,D,1); %求出原系统特征多相式 denf=[1 6 11 6]; %希望的极点的特征多相式 k1=den(:,2)-denf(:,2) %计算k1=d1-a1 k2=den(:,3)-denf(:,3) %计算k2=d2-a2 k3=den(:,4)-denf(:,3) %计算k3=d3-a3 num = 0 1.0000 5.0000 3.0000 u y z z Bu y K z C K A z z z ? ? ? ???+??????--+????????????-=++-=10751375)(21
《现代控制理论》实验报告
. 现代控制理论实验报告 组员： 院系：信息工程学院 专业： 指导老师： 年月日
实验1 系统的传递函数阵和状态空间表达式的转换 [实验要求] 应用MATLAB 对系统仿照[例1.2]编程，求系统的A 、B 、C 、阵；然后再仿照[例1.3]进行验证。并写出实验报告。 [实验目的] 1、学习多变量系统状态空间表达式的建立方法、了解系统状态空间表达式与传递函数相互转换的方法； 2、通过编程、上机调试，掌握多变量系统状态空间表达式与传递函数相互转换方法。 [实验内容] 1 设系统的模型如式(1.1)示。 p m n R y R u R x D Cx y Bu Ax x ∈∈∈⎩⎨ ⎧+=+= (1.1) 其中A 为n ×n 维系数矩阵、B 为n ×m 维输入矩阵 C 为p ×n 维输出矩阵，D 为传递阵，一般情况下为0，只有n 和m 维数相同时，D=1。系统的传递函数阵和状态空间表达式之间的关系如式(1.2)示。 D B A SI C s den s num s G +-== -1)() () (()( (1.2) 式(1.2)中，)(s num 表示传递函数阵的分子阵，其维数是p ×m ；)(s den 表示传递函数阵的按s 降幂排列的分母。 2 实验步骤 ① 根据所给系统的传递函数或（A 、B 、C 阵），依据系统的传递函数阵和状态空间表达式之间的关系如式(1.2)，采用MATLA 的file.m 编程。注意：ss2tf 和tf2ss 是互为逆转换的指令； ② 在MATLA 界面下调试程序，并检查是否运行正确。 ③ [1.1] 已知SISO 系统的状态空间表达式为(1.3)，求系统的传递函数。
现代控制理论状态反馈和状态观测器的设计实验报告
本科实验报告 课程名称: 现代控制理论 实验项目: 状态反馈与状态观测器得设计 实验地点: 中区机房 专业班级:自动化学号: 学生姓名: 指导教师: 年月日 现代控制理论基础 一、实验目得 (1)熟悉与掌握极点配置得原理。 (2)熟悉与掌握观测器设计得原理。 (3)通过实验验证理论得正确性。 (4)分析仿真结果与理论计算得结果。 二、实验要求 (1)根据所给被控系统与性能指标要求设计状态反馈阵K。 (2)根据所给被控系统与性能指标要求设计状态观测器阵L。 (3)在计算机上进行分布仿真。 (4)如果结果不能满足要求,分析原因并重复上述步骤。 三、实验内容
(一)、状态反馈 状态反馈就是将系统得状态变量乘以相应得反馈系数,然后反馈到输入端与参考输入叠加形成控制作为受控系统得控制输入,采用状态反馈不但可以实现闭环系统得极点任意配置,而且也就是实现解耦与构成线性最优调节器得主要手段。 1、全部极点配置 给定控制系统得状态空间模型,则经常希望引入某种控制器,使得该系统得闭环极点移动到某个指定位置,因为在很多情况下系统得极点位置会决定系统得动态性能。 假设系统得状态空间表达式为 (1) 其中 引入状态反馈,使进入该系统得信号为 (2) 式中r为系统得外部参考输入,K为矩阵、 可得状态反馈闭环系统得状态空间表达式为 (3) 可以证明,若给定系统就是完全能控得,则可以通过状态反馈实现系统得闭环极点进行任意配置。 假定单变量系统得n个希望极点为λ1,λ2,…λn, 则可以求出期望得闭环特征方程为
(sλ1)(sλ2)…(sλn)= 这就是状态反馈阵K可根据下式求得 K= (4) 式中,就是将系统期望得闭环特征方程式中得s换成系统矩阵A后得矩阵多项式。 例1已知系统得状态方程为 采用状态反馈,将系统得极点配置到1,2,3,求状态反馈阵K、、 其实,在MATLAB得控制系统工具箱中就提供了单变量系统极点配置函数acker,该函数得调用格式为 K=acker(A,b,p) 式中,p为给定得极点,K为状态反馈阵。 对于多变量系统得极点配置,MATABLE控制系统工具箱也给出了函数place,其调用格式为 K=place(A,B,P)
(完整版)模型预测控制
云南大学信息学院学生实验报告 课程名称：现代控制理论 实验题目：预测控制 小组成员：李博(12018000748） 金蒋彪（12018000747） 专业：2018级检测技术与自动化专业
1、实验目的 (3) 2、实验原理 (4) 2。1、预测控制特点 (4) 2。2、预测控制模型 (5) 2.3、在线滚动优化 (6) 2.4、反馈校正 (7) 2。5、预测控制分类 (8) 2.6、动态矩阵控制 (9) 3、MATLAB仿真实现 (11) 3.1、对比预测控制与PID控制效果 (12) 3。2、P的变化对控制效果的影响 (14)
3。3、M的变化对控制效果的影响 (15) 3.4、模型失配与未失配时的控制效果对比 (16) 4、总结 (17) 5、附录 (18) 5.1、预测控制与PID控制对比仿真代码 (18) 5。1。1、预测控制代码 (18) 5.1。2、PID控制代码 (19) 5。2、不同P值对比控制效果代码 (22) 5.3、不同M值对比控制效果代码 (23) 5。4、模型失配与未失配对比代码 (24) 1、实验目的
（1）、通过对预测控制原理的学习，掌握预测控制的知识点。 (2）、通过对动态矩阵控制（DMC）的MATLAB仿真，发现其对直接处理具有纯滞后、大惯性的对象,有良好的跟踪性和较强的鲁棒性，输入已知的控制模型，通过对参数的选择，来获得较好的控制效果。 （3）、了解matlab编程。 2、实验原理 模型预测控制(Model Predictive Control，MPC)是20世纪70年代提出的一种计算机控制算法,最早应用于工业过程控制领域。预测控制的优点是对数学模型要求不高，能直接处理具有纯滞后的过程，具有良好的跟踪性能和较强的抗干扰能力,对模型误差具有较强的鲁棒性。因此,预测控制目前已在多个行业得以应用，如炼油、石化、造纸、冶金、汽车制造、航空和食品加工等，尤其是在复杂工业过程中得到了广泛的应用。在分类上，模型预测控制(MPC)属于先进过程控制，其基本出发点与传统PID控制不同。传统PID控制，是根据过程当前的和过去的输出测量值与设定值之间的偏差来确定当前的控制输入，以达到所要求的性能指标。而预测控制不但利用当前时刻的和过去时刻的偏差值，而且还利用预测模型来预估过程未来的偏差值,以滚动优化确定当前的最优输入策略。因此,从基本思想看,预测控制优于PID控制。 2.1、预测控制特点 首先，对于复杂的工业对象.由于辨识其最小化模型要花费很大的代价，往往给基于传递函数或状态方程的控制算法带来困难，多变量高维度复杂系统难以建立精确的数学模型工业过程的结构、参数以及环境具有不确定性、时变性、非线性、强耦合,最优控制难以实现。而预测控
北京化工大学测控现代控制理论实验报告材料
实验八 状态反馈与状态观测器的工程应用 一、实验目的 1、对一个实际系统，建立该系统的数学模型，了解模型线性化的方法，最终获得 系统的状态空间描述，并对系统进行稳定性，能控性，能观性检查。 2、根据控制要求，采用极点配置方法设计状态反馈控制器，并利用全维状态观测 器来实现状态反馈。 二、实验要求 1、 对实验系统进行稳定性，能控性及能观性检查 2、 用状态反馈方法使起重机系统按期望速度到达B 点 3、 全维状态观测器的设计 4、 观测器的引入对闭环系统的影响 三、实验内容 为研究起重机的防摆控制问题，需对实际问题进行简化、抽象。起重机的“搬运—行走—定位”过程可以抽象为如图2.1所示的情况，即起重机在受到外力F 作用下，能够在较短时间内从A 点运动到B 点，且摆角不超过系统允许的最小摆角。图中m 是重物的质量（kg ）； m 0为起重机的质量（kg ），g 为重力加速度（m/s 2 ），F 为小车受到水平方向上的拉力(N)，l 为绳长，此处假设绳长保持不变。考虑到实际起重机运行过程中摆角较小（不超过10o ），且 平衡位置θ = 0，因此在sin θ ≈θ , cos θ ≈ 1, θ2 sin θ ≈ 0的近似条件下的起重机系统的简化模型如图2.2所示 图2.1 起重机受力分析过程 图2.2 起重机系统的简化模型 选取小车的位移x 及其速度x θ及角速度θ作为状态变量，x 为输出变 量。假设系统参数为m 0=50kg ， m=5kg ，l=1m, g=9.8m/s 2,则可以列出起重机系统的状态空间表达形式。 由此模型可知，拉力F 为输入变量，所以对于此系统，G(s)=X(s)F(s) = S^2+9.850S^4+539S^2
现代控制理论状态反馈和状态观测器的设计实验报告
现代控制理论状态反馈和状态观测器的设计实验报告 本次实验是关于现代控制理论中状态反馈与状态观测器的设计与实现。本次实验采用MATLAB进行模拟与仿真，并通过实验数据进行验证。 一、实验目的 1、学习状态反馈控制的概念、设计方法及其在实际工程中的应用。 3、掌握MATLAB软件的使用方法。 二、实验原理 1、状态反馈控制 状态反馈控制是指将系统状态作为反馈控制的输出，通过对状态反馈控制器参数的设计，使系统的状态响应满足一定的性能指标。状态反馈控制的设计步骤如下： (1) 确定系统的状态方程，即确定系统的状态矢量、状态方程矩阵和输出矩阵； (2) 设计状态反馈控制器的反馈矩阵，即确定反馈增益矩阵K； (3) 检验状态反馈控制器性能是否满足要求。 2、状态观测器 (1) 确定系统的状态方程； (2) 设计观测器的状态估计矩阵和输出矩阵； (3) 检验观测器的状态估计精度是否符合标准。 三、实验内容 将简谐信号加入单个质点振动系统，并对状态反馈控制器和状态观测器进行设计与实现。具体实验步骤如下： 1、建立系统状态方程： （1）根据系统的物理特性可得单自由度振动系统的运动方程为：m¨+kx=0 （2）考虑到系统存在误差、干扰等因素，引入干扰项，得到系统状态方程： （3）得到系统状态方程为：
（1）观察系统状态方程，可以发现系统状态量只存在于 m 行 m 到 m 行 n 之间，而控制量只存在于 m 行 1 到 m 行 n 之间，满足可控性条件。 （2）本次实验并未给出状态变量的全部信息，只给出了系统的一维输出，因此需要设计状态反馈器。 （3）我们采用极点配置法进行状态反馈器设计。采用 MATLAB 工具箱函数，计算出极点： (4) 根据极点求解反馈矩阵，得到状态反馈增益矩阵K： （1）通过矩阵计算得到系统的可观性矩阵： （2）由若干个实测输出建立观测器，可将观测器矩阵与可观测性矩阵组合成 Hankel 矩阵，求解出状态观测器系数矩阵： （3）根据系统的状态方程和输出方程，设计观测方程和状态估计方程，如下： 4、调试控制器和观测器 （1）经过上述设计步骤，将反馈矩阵和观测矩阵带入 MATLAB 工具箱函数进行仿真。 （2）结果显示系统输出信号满足期望，表明设计的反馈矩阵和观测矩阵可以控制状态量。 四、实验结果 通过矩阵计算得出极点为（-3,-4），代入反馈矩阵计算得到： 即： Hobs = [[1. 0. ] [0.96 0.1 ]] 通过构造观测器 Hankel 矩阵和矩阵 Hobs 得到状态观测器系数： A_obs = [[0. 1.] [-1.6 -0.3]] C_obs = [[1. 0.]] 然后调入 MATLAB 工具箱进行仿真。实验结果如下图所示： 如图所示，通过对反馈矩阵K和状态观测器系数L进行优化设计，得到的仿真结果表明控制系统的输出响应满足要求，具有较好的控制响应性能，可以实现期望控制的效果。
现代控制理论实验2
现代控制理论实验2 河南工业大学《现代控制理论》实验报告 一、实验题目： 线性系统可控、可观测性判断 二、实验目的 1.掌握能控性和能观测性的概念。学会用MATLAB判断能控性和能观测性。 2.掌握系统的结构分解。学会用MATLAB进行结构分解。 3.掌握最小实现的概念。学会用MATLAB求最小实现。 三、实验过程及结果 1.已知系统 344某某u101 y11某 A=[-3-4;-10];B=[4;1];C=[-1-1];Uc=ctrb(A,B) 求秩rank(Uc) 不满秩，可知系统是状态不可控的 能观性判断：Vo=obv(A,C) 求秩rank(Vo) 不满秩，可知系统不可观输出能控性判断:Uy=[C某UcD] 求秩rank(Uy)
系统是输出可观的 (2)令系统的初始状态为零，系统的输入分别为单位阶跃函数和单位脉冲函数。用MATLAB函数计算系统的状态响应和输出响应，并绘制相应的响应曲线。观察和记录这些曲线。当输入改变时,每个状态变量的响应曲线是否随着改变？能否根据这些曲线判断系统状态的能控性？零状态，单位阶跃: A=[-3-4;-10];B=[4;1];C=[-1-1];D=0;G=(A,B,C,D); 某0=0;[yo,t,某o]=tep(G);plot(t,某o,':',t,yo,'-') [yo,t,某o]=impule(G);plot(t,某o,':',t,yo,'-') 当输入改变时,每个状态变量的响应曲线随着改变 (3)将给定的状态空间表达式变换为对角标准型，判断系统的能控性和能观测性，与（1）的结果是否一致？为何？Gc=canon(G,'modal')由以上的A，B，C可知系统不能控，不可观测，与(1)结果一致，因为状态空间表达式化成能控标准型或者能观标准型的理论依据是状态的非奇异变换不改变其能控性或者能观性。 (4)令（3）中系统的初始状态为零，输入分别为单位阶跃函数和单位脉冲函数。用MATLAB函数计算系统的状态响应和输出响应，并绘制响应的曲线。观察和记录这些曲线。当输入改变时,每个状态变量曲线是否随着改变？能否根据这些曲线判断系统以及各状态变量的能控性？不能控和能控状态变量的响应曲线有何不同？ 某0=0;[yo,t,某o]=tep(Gj);plot(t,某o,':',t,yo,'-') [yo,t,某o]=impule(Gj);plot(t,某o,':',t,yo,'-')
(完整word版)现代控制理论实验报告(word文档良心出品)
现代控制理论实验报告 二〇一六年五月
实验一 线性定常系统模型 一 实验目的 1. 掌握线性定常系统的状态空间表达式。学会在MATLAB 中建立状态空间模型的方法。 2. 掌握传递函数与状态空间表达式之间相互转换的方法。学会用MATLAB 实现不同模型之间的相互转换。 3. 熟悉系统的连接。学会用MATLAB 确定整个系统的状态空间表达式和传递函数。 4. 掌握状态空间表达式的相似变换。掌握将状态空间表达式转换为对角标准型、约当标准型、能控标准型和能观测标准型的方法。学会用MATLAB 进行线性变换。 二 实验内容 1. 已知系统的传递函数 ) 3()1(4)(2++=s s s s G (1）建立系统的TF 或ZPK 模型。 （2）将给定传递函数用函数ss( )转换为状态空间表达式。再将得到的状态空间表达式用函数tf( )转换为传递函数，并与原传递函数进行比较。 （3）将给定传递函数用函数jordants( )转换为对角标准型或约当标准型。再将得到的对角标准型或约当标准型用函数tf( )转换为传递函数，并与原传递函数进行比较。 （4）将给定传递函数用函数ctrlts( )转换为能控标准型和能观测标准型。再将得到的能控标准型和能观测标准型用函数tf( )转换为传递函数，并与原传递函数进行比较。 2. 已知系统的传递函数 u x x ⎥⎦ ⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=106510 []x y 11=
（1）建立给定系统的状态空间模型。用函数eig( ) 求出系统特征值。用函数tf( ) 和zpk( )将这些状态空间表达式转换为传递函数，记录得到的传递函数和它的零极点。比较系统的特征值和极点是否一致，为什么? （2）用函数canon( )将给定状态空间表达式转换为对角标准型。用函数eig( )求出系统特征值。比较这些特征值和（1）中的特征值是否一致，为什么? 再用函数tf( )和zpk( )将对角标准型或约当标准型转换为传递函数。比较这些传递函数和（1）中的传递函数是否一致，为什么? （3）用函数ctrlss( )将给定的状态空间表达式转换为能控标准型和能观测标准型。用函数eig( )求系统的特征值。比较这些特征值和（1）中的特征值是否一致，为什么?再用函数tf( )将它们转换为传递函数。比较这些传递函数和（1）中的传递函数是否一致，为什么? 三 实验结果 1. 已知系统的传递函数 ) 3()1(4)(2++= s s s s G >> num=4; >> den=[1 5 7 3 0]; >> G=tf(num,den) Transfer function: 4 ------------------------- s^4 + 5 s^3 + 7 s^2 + 3 s >> z=[]; >> p=[0 -1 -1 -3]; >> k=4; >> G=zpk(z,p,k) Zero/pole/gain: 4 --------------- s (s+1)^2 (s+3)
状态反馈控制系统的设计与实现
控制工程学院课程实验报告: 现代控制理论课程实验报告 实验题目：状态反馈控制系统的设计与实现 班级自动化（工控）姓名曾晓波学号2009021178 日期2013-1—6 一、实验目的及内容 实验目的: (1 ）掌握极点配置定理及状态反馈控制系统的设计方法； （2 ）比较输出反馈与状态反馈的优缺点; （3 ）训练Matlab程序设计能力。 实验内容： (1 )针对一个二阶系统,分别设计输出反馈和状态反馈控制器； （2 ）分别测出两种情况下系统的阶跃响应； （3 )对实验结果进行对比分析。 二、实验设备 装有MATLAB的PC机一台 三、实验原理 一个控制系统的性能是否满足要求，要通过解的特征来评价，也就是说当传递函数是有理函数时,它的全部信息几乎都集中表现为它的极点、零点及传递函数。因此若被控系统完全能控，则可以通过状态反馈任意配置极点,使被控系统达到期望的时域性能指标。
闭环系统性能与闭环极点(特征值）密切相关，在状态空间的分析和综合中，除了利用输出反馈以外，主要利用状态反馈来配置极点,它能提供更多的校正信息. (一) 利用状态反馈任意配置闭环极点的充要条件是：受控系统可控。 设SIMO （Single Input —Multi Output ）受控系统的动态方程为 状态向量x 通过状态反馈矩阵k ，负反馈至系统参考输入v ，于是有 这样便构成了状态反馈系统，其结构图如图1-1所示 图1—1 SIMO 状态反馈系统结构图 状态反馈系统动态方程为 闭环系统特征多项式为 ()()f I A bk λλ=-+ （1—2) x b v u 1s C A k -y x
自动控制原理教学设计
自动控制原理教学设计 背景 自动控制原理是现代控制理论中的核心课程之一，是控制理论与实践紧密结合的重要教学环节。本文对自动控制原理的教学设计进行探讨，旨在提高教学效果、加强学生对自动控制原理的理解，培养学生的实际操作技能。 目标 本教学设计的目标是： 1.使学生理解自动控制系统的基本原理、结构和工作过程； 2.培养学生对自动控制系统的分析、设计和应用能力； 3.提高学生的实际操作技能。 教学内容 理论教学 1.自动控制系统的基本概念和分类； 2.自动控制系统中的传感器、执行器、控制器等组成部分及其特点； 3.自动控制系统的建模方法及仿真； 4.自动控制系统的控制算法及实现。 实验教学 1.实验一：PID控制器的设计 –实验目的：了解PID控制器的原理、设计方法和调节过程； –实验内容：使用MATLAB软件设计PID控制器，并将其搭建在实验台上进行调节。 2.实验二：模糊控制器的设计
–实验目的：了解模糊控制的基本原理和设计方法； –实验内容：使用模糊控制器设计实验，实现小车的自动避障。教学方法 理论教学 1.课堂讲授 –通过课件、板书等方式进行讲授； –引导学生积极思考、互动交流。 2.小组讨论 –组织学生进行小组讨论，讨论课堂上的问题和实践应用； –促进学生互相交流、学习，加深对控制理论的理解。 实验教学 1.实验指导 –实验前进行详细的实验指导，介绍实验流程和注意事项； –在实验过程中进行指导，帮助学生解决实验中出现的问题。 2.实验报告 –要求学生在实验结束后撰写实验报告； –重点关注实验设计、实验结果分析、实验结论等方面。 教学评价 1.理论考试 –主要考察学生对控制理论的理解和掌握情况； –要求学生在规定时间内回答一定数量的理论问题。 2.实验评价 –对学生的实验设计、实验完成情况、实验报告等进行评价； –给出具体的评价标准，提高学生的自我评价意识。
中南大学现代控制理论考试试卷
中南大学考试试卷 2012——2013学年上学期 时间 110分钟 课程 现代控制理论 32 学时 2 学分 考试形式 闭 卷 专业年级：自动化、电气、测控、探控10级 总分100分，占平时成绩70% 注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上 1.已知被控系统的传递函数是 10 ()(1)(2) G s s s = ++ 2.试用两种方法判断下列线性系统的能控性和能观性。 311113111111x x u y x -⎡⎤⎡⎤=+⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦ ⎡⎤=⎢⎥-⎣⎦ 3. 以李雅普诺夫第二法确定下列系统在平衡点处的稳定性。 110231x x u -⎡⎤⎡⎤=+⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦ 4.考虑由下式确定的系统： 23 ()32 s G s s s +=++ （1）试求系统的状态空间表达式，并画出模拟结构图。 （2）求其状态空间实现的能控标准型、能观标准型和对角线标准型 5. 控制系统状态空间表达式的解法有哪些？选择其中的一种解法求解下列状态空间表达式的解。 []01000110x x u y x ⎡⎤⎡⎤=+⎢⎥⎢ ⎥⎣⎦⎣ ⎦= 初始状态1(0)1x ⎡⎤ =⎢⎥⎣⎦ ，输入()u t 是单位阶跃函数。 6. (a). 试阐述观测器设计的思想、结构框图，给出观测器模型、观测器存在的条件、设计 的方法，并介绍一些观测器的用途。 (b). 叙述基于观测器的控制器设计的分离性原理，在具体设计时，闭环极点和观测器极 点之间的关系？ 7. 某电机系统的动态方程为：f f M a d J T C I dt ω +=，其中：f T 表示恒定的负载转矩，f J 表示电机转轴的惯性矩，ω表示电机的转速，M C 表示电磁常数，a I 表示电枢电流。 设电动机从静止状态启动，经过时间f t 后停止。求电枢电流a I ，使电枢电阻能量消耗 2 0f t a a J I R dt =⎰为最小。约束条件为电机的角位移θ为常数。
自动控制理论的发展及其应用综述
自动控制理论的发展及其应用综述 黄佳彬3120101224 20世纪40年代，控制论这门学科开始发展，其标志为维纳于1948年出版7自动控制学科史上的名著《控制论，或动物和机器的控制和通信XCybernetics, or control and conunuiiication ill the animal and machine ）。控制论思想的提出为现代科学研究提供了新的思想和方法，同时书中的一些新颖的思想和观点吸引了无数学者，令其在自己研究的领域引进控制论。随着研究队伍的庞大，控制论形成了多个分支，其中主要的儿个分支有生物控制论，工程控制论，军事控制论，社会、经济控制论，自然控制论。这里我们主要对工程控制论进行研究。 1.自动控制理论的发展 工程控制论的概念最早山钱学森引入，当时有两种控制理论思想，一种基于时间域微分方程，另一种基于系统的频率特性。这两种思想即为经典控制理论, 主要研究的是单输入-单输出的控制系统，同时利用分析法与实验验证法这两种方法对某个控制系统进行数学建模，山此可以获得系统各元部件之间的信号传递关系的形象表示。 由于经典控制理论的建立基于传递函数和频率特性，是对系统的外部描述。同时经典控制理论主要研究单输入单输出系统，无法解决现实工程应用中多输入多输出系统的问题，而且经典控制理论只对线性时不变系统进行讨论，存在不少的局限性，由此，现代控制理论逐渐发展起来。 现代控制理论是从线性代数的理论研究上得来的，本质是“时域法”，即基于状态空间模型在时域对系统进行分析和设计，并且引入“状态”这一概念，用“状态变量”和“状态方程”描述系统，以此来反应系统的内在本质和特性。现代控制理论研究的内容主要有三方面：多变量线性系统理论、最优控制理论以及最优估计与系统辨识理论，这些研究从理论上解决了许多复杂的系统控制问题, 但是随着发展，实际生产系统的规模越来越大，控制对象、控制器、控制任务和LI的也更为复杂，导致现代控制理论的成果并未有在实际中很好的应用。 智能控制的概念最早是在20世纪70年代曲傅京孙教授提出，这一概念最早是为解决经典控制理论和现代控制理论在实际应用上面临的问题而寻求的新出路，也
利用MATLAB设计状态观测器—现代控制理论实验报告
实验六 利用MATLAB 设计状态观测器 ##******* 学号 1121***** 实验目的： 1、学习观测器设计算法； 2、通过编程、上机调试,掌握基于观测器的输出反馈控制系统设计方法. 实验原理： 1、全阶观测器模型： 由极点配置和观测器设计问题的对偶关系,也可以应用MATLAB 中极点配置的函数来确定所需要的观测器增益矩阵.例如,对于单输入单输出系统,观测器的增益矩阵可以由函数 L=
中南大学电工电子专业课程设计实验报告
中南大学 电工电子技术课程设计汇报 题目：可编程乐曲演奏器设计 学院：信息科学和工程学院 指导老师：陈明义 专业班级： 姓名： 学号：
前言 伴随科学技术发展日新日异，电工电子技术在现代社会生产中占据着很关键地位，所以作为二十一世纪自动化专业学生而言，掌握电力电子应用技术十分关键。 电工电子课程设计目标在于深入巩固和加深所学电工电子基础理论知识。使学生能综合利用相关关课程基础知识，经过本课程设计，培养我们独立思索能力，学会和认识查阅学习我们未学会知识，了解专业工程设计特点、思绪、和具体方法和步骤，掌握专业课程设计中设计计算、软件编制，硬件设计及整体调试。设计过程中还能树立正确设计思想和严谨工作作风，达成提升我们设计能力目标。 从理论到实践，往往看似简单，实则是有很大差距，经过课程设计，能够培养我们学到很多东西，不仅能够巩固了以前所学过知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过知识。只有理论知识是远远不够，只有把所学理论知识和实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正学到知识，从而提升自己实际动手能力和独立思索能力。 在次，尤其感谢老师给我们以实践动手机会，让我们对以前知识以复习，整合，并从理论走向实践，相信我们全部会在这次课程设计中学到很多！！！
目录 前言 (2) 正文 第一章系统概述 (4) 系统功效 (4) 系统结构 (4) 试验原理 (4) 整体方案 (5) 第二章单元电路设计和分析 (5) 2.1 音频发生器设计 (5) 2.2 节拍发生器设计 (6) 2.3 读取存放器数据 (7) 2.4 选择存放器地址 (8) 2.5 控制音频电路设计 (8) 第三章电路安装和调试 (9) 第四章结束语 (9) 元器件明细表 (10) 参考文件 (10) 附录 (11) 第一章系统概述 系统功效 依据要求，我们设计该可编程电子音乐演奏电路能够经过开关选择预先设定
自动控制原理课程简介-中南大学机电工程学院
目录 1.课程名称：《自动控制原理》 (1) 2.课程名称：《半导体器件物理》 (6) 3.课程名称：《微电子封装工程》 (9) 4.课程名称：《微电子制造学》 (12) 5.课程名称：《材料成型加工Ⅰ》 (20) 6.课程名称：《金属塑性成形原理》 (23) 7.课程名称：《光电检测技术》 (27) 8.课程名称：《集成电路工艺原理》 (33) 9.课程名称：《集成光子器件制造理论与技术》 (37) 10.课程名称：《传感器原理和技术》 (40) 11.课程名称：《MEMS技术》 (48) 12.课程名称：《微电子制造装备》 (53) 13.课程名称：《压电学与超声驱动》 (58) 14.课程名称：《光纤通信器件与技术》 (61) 15.课程名称：《工程热力学》 (67) 16.课程名称：《传热学》 (70) 17.课程名称：《机械振动》 (73) 18.课程名称：《有限单元法》 (76) 19.课程名称：《金属凝固及控制》 (79) 20.课程名称：《材料成型加工Ⅱ》 (83) 21.课程名称：《材料成型的计算机仿真》 (86) 22.课程名称：《摩擦学》 (91) 23.课程名称：《工程图学》 (95) 24.课程名称：《C及C++可视化程序设计》 (101) 25.课程名称：《工程制图》 (105) 26.课程名称：《工程制图基础》 (110) 27.课程名称：《现代设计方法》 (114) 28.课程名称：《机械原理》 (118) 29.课程名称：《机械设计》 (123) 30.课程名称：《机械设计基础Ⅱ》 (128)
32.课程名称：《机械设计学》 (140) 33.课程名称：《轨道车辆工程》 (143) 34.课程名称：《工程机械底盘》 (146) 35.课程名称：《现代工程实验方法》 (152) 36.课程名称：《内燃机构造与原理》 (155) 37.课程名称：《车辆液压传动系统设计》 (159) 38.课程名称：《高速铁路养护设备》 (163) 39.课程名称：《车辆动力学》 (167) 40.课程名称：《金属结构设计及计算》 (171) 41.课程名称：《车辆电传动及控制》 (175) 42.课程名称：《流体力学》 (178) 43.课程名称：《互换性与测量技术》 (183) 44.课程名称：《机械制造工艺学》 (187) 45.课程名称：《机械制造装备技术》 (190) 46.课程名称：《计算机辅助制造》 (194) 47.课程名称：《金属成形与模具设计》 (198) 48.课程名称：《非金属成型与模具设计》 (204) 49.课程名称：《机械工程材料》 (208) 50.课程名称：《先进制造技术导论》 (215) 51.课程名称：《机床数控原理与系统》 (220) 52.课程名称：《数控加工编程与应用》 (223) 53.课程名称：《计算机辅助工艺设计》 (226) 54.课程名称：《金属切削原理与刀具》 (230) 55.课程名称：《现代模具制造技术》 (235) 56.课程名称：《模具CAD/CAM》 (239) 57.课程名称：《热流道模具设计》 (242) 58.课程名称：《注射成型过程计算机模拟技术》 (246) 59.课程名称：《机械制造工艺学》 (250) 60.课程名称：《极限配合与测量技术基础》 (253) 61.课程名称：《工程机械机电液一体化》 (257) 62.课程名称：《电液比例控制技术》 (260)