现代控制实验报告
现代控制理论实训报告
一、前言随着科技的飞速发展，自动化、智能化已成为现代工业生产的重要特征。
为了更好地掌握现代控制理论，提高自己的实践能力，我参加了现代控制理论实训课程。
本次实训以状态空间法为基础，研究多输入-多输出、时变、非线性一类控制系统的分析与设计问题。
通过本次实训，我对现代控制理论有了更深入的了解，以下是对本次实训的总结。
二、实训目的1. 巩固现代控制理论基础知识，提高对控制系统的分析、设计和调试能力。
2. 熟悉现代控制理论在工程中的应用，培养解决实际问题的能力。
3. 提高团队合作意识，锻炼动手能力和沟通能力。
三、实训内容1. 状态空间法的基本概念：状态空间法是现代控制理论的核心内容，通过建立状态方程和输出方程，描述系统的动态特性。
2. 状态空间法的基本方法：包括状态空间方程的建立、状态转移矩阵的求解、可控性和可观测性分析、状态反馈和观测器设计等。
3. 控制系统的仿真与实现：利用MATLAB等仿真软件，对所设计的控制系统进行仿真，验证其性能。
4. 实际控制系统的分析：分析实际控制系统中的控制对象、控制器和被控量，设计合适的控制策略。
四、实训过程1. 理论学习：首先，我对现代控制理论的相关知识进行了复习，包括状态空间法、线性系统、非线性系统等。
2. 实验准备：根据实训要求，我选择了合适的实验设备和软件，包括MATLAB、控制系统实验箱等。
3. 实验操作：在实验过程中，我按照以下步骤进行操作：（1）根据实验要求，建立控制系统的状态空间方程。
（2）求解状态转移矩阵，并进行可控性和可观测性分析。
（3）设计状态反馈和观测器，优化控制系统性能。
（4）利用MATLAB进行仿真，观察控制系统动态特性。
（5）根据仿真结果，调整控制器参数，提高控制系统性能。
4. 结果分析：通过对仿真结果的分析，我对所设计的控制系统进行了评估，并总结经验教训。
五、实训成果1. 掌握了现代控制理论的基本概念和方法。
2. 提高了控制系统分析与设计能力，能够独立完成实际控制系统的设计。
现代控制理论实验报告
现代控制理论实验报告实验一系统能控性与能观性分析一、实验目的1.理解系统的能控和可观性。
二、实验设备1.THBCC-1型信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台；三、实验容二阶系统能控性和能观性的分析四、实验原理系统的能控性是指输入信号u对各状态变量x的控制能力，如果对于系统任意的初始状态，可以找到一个容许的输入量，在有限的时间把系统所有的状态引向状态空间的坐标原点，则称系统是能控的。
对于图21-1所示的电路系统，设iL和uc分别为系统的两个状态变量，如果电桥中则输入电压ur能控制iL和uc状态变量的变化，此时，状态是能控的。
反之，当时，电桥中的A点和B点的电位始终相等，因而uc不受输入ur的控制，ur只能改变iL的大小，故系统不能控。
系统的能观性是指由系统的输出量确定所有初始状态的能力，如果在有限的时间根据系统的输出能唯一地确定系统的初始状态，则称系统能观。
为了说明图21-1所示电路的能观性，分别列出电桥不平衡和平衡时的状态空间表达式：平衡时：由式（2）可知，状态变量iL和uc没有耦合关系，外施信号u只能控制iL的变化，不会改变uc的大小，所以uc不能控。
基于输出是uc，而uc与iL无关连，即输出uc中不含有iL的信息，因此对uc的检测不能确定iL。
反之式（1）中iL与uc有耦合关系，即ur的改变将同时控制iL和uc的大小。
由于iL与uc的耦合关系，因而输出uc的检测，能得到iL 的信息，即根据uc的观测能确定iL（ω）五、实验步骤1．用2号导线将该单元中的一端接到阶跃信号发生器中输出2上，另一端接到地上。
将阶跃信号发生器选择负输出。
2．将短路帽接到2K处，调节RP2，将Uab和Ucd的数据填在下面的表格中。
然后将阶跃信号发生器选择正输出使调节RP1，记录Uab和Ucd。
此时为非能控系统，Uab和Ucd没有关系（Ucd始终为0）。
3．将短路帽分别接到1K、3K处，重复上面的实验。
现代控制实验报告
实验一控制系统极点的任意配置一、实验目的1.掌握用全状态反馈的方法实现控制系统极点的任意配置；2.用电路模拟与软件仿真的方法，研究参数的变化对系统性能的影响。
二、实验设备1.TBCC-1型信号与系统控制理论及计算机控制技术实验平台2.PC机一台（含上位机软件）37针通信线1根三、实验内容用全状态反馈实现二阶系统极点的任意配置，并分别用电路模拟与软件仿真予于实现四、实验原理由于控制系统的动态性能主要取决于它的闭环极点在S平面上的位置，因而人们常把对系统动态性能的要求转化为一组希望的闭环极点。
一个单输入单输出的N阶系统，如果金靠系统的输出量进行反馈，显然不能使系统的n个极点位于所希望的位置。
基于一个N阶系统有N个状态变量，如果把他们分别作为系统的反馈信号，则在满足一定的条件下就能实现对系统极点的任意配置，这个条件是系统能控。
理论证明，通关状态反馈的系统，其动态性能一定要优于只有输出反馈的系统。
本实验分别研究二阶系统状态反馈。
五、实验步骤1、设计一个二阶系统的模拟电路，测取其阶跃响应，并与软件仿真结果相比较。
2、根据上面的典型二阶系统，用极点配置的方法，设计一个全状态反馈的增益矩阵。
3、按确定的参数设计构建系统的模拟电路，测其阶跃响应，并与软件仿真结构相比较。
六、实验结果1.1二阶系统方框图1.2实验结果2.1引入状态反馈后的二阶系统方框图2.2实验结果七、思考题1.系统极点能任意配置的充要条件是什么？答：系统完全能控。
2.为什么引入状态反馈后的系统，其性能一定会优于只有输出反馈的系统？答：因为反馈后可以调整输入量，最后达到稳定输出。
3.典型二阶系统引入状态反馈后，能不能使输出的稳态值高于给定值？答：不能，最多等于给定值。
实验二状态观测器及其应用一、试验目的1.通关实验进一步了解状态观测器的原理与结构组成；2.用状态观测器的状态估计值对系统的极点进行任意配置。
二、实验设备1.TBCC-1型信号与系统控制理论及计算机控制技术实验平台2.PC机一台（含上位机软件）37针通信线1根三、实验内容1设计受控系统和相应状态观测器的模拟电路图。
现代控制理论实验报告
现代控制理论实验指导书实验一：线性系统状态空间分析1、模型转换图1、模型转换示意图及所用命令传递函数一般形式：)()(11101110n m a s a s a s a b s b s b s b s G n n n n m m m m ≤++++++++=----K KMATLAB 表示为：G=tf(num,den)，其中num,den 分别是上式中分子，分母系数矩阵。
零极点形式：∏∏==--=n i j mi i ps z s K s G 11)()()( MATLAB 表示为：G=zpk(Z,P ,K)，其中 Z ，P ，K 分别表示上式中的零点矩阵，极点矩阵和增益。
传递函数向状态空间转换：[A,B,C,D] = TF2SS(NUM,DEN)；状态空间转换向传递函数：[NUM,DEN] = SS2TF(A,B,C,D,iu)---iu表示对系统的第iu个输入量求传递函数；对单输入iu为1;验证教材P438页的例9-6。
求P512的9-6题的状态空间描述。
>> A=[0 1;0 -2];>> B=[1 0;0 1];>> C=[1 0;0 1];>> D=[0 0;0 0];>> [NUM,DEN] = ss2tf(A,B,C,D,1)NUM =0 1 20 0 0DEN =1 2 0>> [NUM,DEN] = ss2tf(A,B,C,D,2)NUM =0 0 10 1 0DEN =1 2 0给出的结果是正确的，是没有约分过的形式P512 9-6>> [A,B,C,D]=tf2ss([1 6 8],[1 4 3])A =-4 -31 0B =1C =2 5D =12、状态方程求解单位阶跃输入作用下的状态响应：G=ss(A,B,C,D);[y,t,x]=step(G);plot(t,x). 零输入响应[y,t,x]=initial(G,x0)其中，x0为状态初值。
现代控制理论基础实验报告
紫金学院计算机系实验报告现代控制理论基础实验报告专业：年级：姓名：学号：提交日期：实验一 系统能控性与能观性分析1、实验目的：1.通过本实验加深对系统状态的能控性和能观性的理解；2.验证实验结果所得系统能控能观的条件与由它们的判据求得的结果完全一致。
2、实验内容：1.线性系统能控性实验;2. 线性系统能观性实验。
3、实验原理：系统的能控性是指输入信号u 对各状态变量x 的控制能力。
如果对于系统任意的初始状态，可以找到一个容许的输入量，在有限的时间内把系统所有的状态变量转移到状态空间的坐标原点。
则称系统是能控的。
系统的能观性是指由系统的输出量确定系统所有初始状态的能力。
如果在有限的时间内，根据系统的输出能唯一地确定系统的初始状态，则称系统能观。
对于图10-1所示的电路系统，设i L 和u c 分别为系统的两个状态变量，如果电桥中4321R R R R ≠，则输入电压u 能控制i L 和u c 状态变量的变化，此时，状态是能控的；状态变量i L 与u c 有耦合关系，输出u c 中含有i L 的信息，因此对u c 的检测能确定i L 。
即系统能观的。
反之，当4321R R ＝R R 时，电桥中的c 点和d 点的电位始终相等， u c 不受输入u 的控制，u 只能改变i L 的大小，故系统不能控；由于输出u c 和状态变量i L 没有耦合关系，故u c 的检测不能确定i L ，即系统不能观。
1.1 当4321R RR R ≠时u L u i R R R R C R R R R R R R R L R R R R R R C R R R R R R R R L u i C L C L ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫+++-+-+-⎝⎛+-+-+++-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛01)11(1)(1)(1)(143214343212143421243432121 (10-1)y=u c =[01]⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛c L u i (10-2)由上式可简写为bu Ax x+= cx y =式中⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=C L u i x ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫+++-+-+-⎝⎛+-+-+++-=)11(1)(1)(1)(143214343212143421243432121R R R R C R R R R R R R R L R R R R R R C R R R R R R R R L A⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=01L b 1] [0=c由系统能控能观性判据得][Ab brank =2 2=⎥⎦⎤⎢⎣⎡cA c rank故系统既能控又能观。
现代电气控制技术实训报告范文（通用7篇）
现代电气控制技术实训报告现代电气控制技术实训报告范文（通用7篇）随着个人的文明素养不断提升，大家逐渐认识到报告的重要性，报告中提到的所有信息应该是准确无误的。
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现代电气控制技术实训报告1一、实训目的本实训环节是集知识、素质和技能训练于一体的应用型课程。
它在运用相关电气理论基础在上的同时又对电工基本素质和技能进行了综合运用培养，通过实训，使学生具备初级电工的基本能力，能满足企业对初级电工的综合需要。
主要内容包括：安全用电常识、常用电工材料的认识和选用、电工基本操作工艺、电气照明与内线工程、常用电工仪表的使用等。
二、实训时间第x周——第x周。
三、实训地点实验楼电工实训室四、实训设备及器材网孔板，电工工具，电度表，功率表，万用表，电压表，兆欧表，电流表，空气开关，熔断器，各种导线，硬塑料管，开关，插座，灯若干。
五、实训内容及要求电工实训一：安全用电常识电工安全操作的各项规定是每一名电工必须遵守的规章制度，它规定对电工的最基本的要求。
电工生产岗位责任制规范了电工的工作范围，是确保电工工艺得以贯彻执行的重要条件。
主要进行电工安全操作规程、预防触电及触电急救基本常识、防雷保护以及电气火灾的扑救等内容。
触电的原因：（1）电气设备的安装过于简陋，不符合安全要求。
（2）电气设备老化，破损严重，维修维护不及时。
（3）作业时不严谨，不遵守电工安全操作规程或粗心大意。
（4）缺乏安全知识电流对人体的伤害：触电对人体的伤害只要是电击和电伤。
点击是触电者直接触了设备的带电部分，电流通过了人的身体，当电流达到一定的数值后，就会将人体击倒；电伤是指触电后皮肤的局部创伤，由于电流的热效应，化学反应，机械效应以及电流的作用下，使熔化和蒸发的金属微粒袭击人体皮肤而遭受灼伤。
影响触电后果的因素：（1）电流强度：一般50ml持续1秒以上，致命。
现代控制理论实验报告中南大学
中南大学现代控制实验报告指导老师设计者学号专业班级设计日期实验一 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。
3、实验原理说明线性系统数学模型的常见的形式有，输入输出模式数学模型（传递函数和微分方程）和状态空间模式数学模型（状态空间表达式或动态方程）。
传递函数模型一般可表示为：若上式中分子分母各项系数为常数，则系统称为线性定常系统(linear time invariant,LTI) 利用下列命令可轻易地将传递函数模型输入MATLAB 环境中。
>>num=[b0,b1,…,bn]; >>den=[1,a1,a2,…,an];而调用tf()函数可构造出对应传递函数对象。
调用格式为： >>G=tf(num,den);其中(num,den)分别为系统的分子和分母多项式系数的向量，返回变量G 为系统传递函数对象。
线性定常系统的状态空间模型可表示为表示状态空间模型的基本要素是状态向量和常数矩阵A ，B ，C ，D 。
用类似的方法可将其输入MA TLAB 环境，对单输入单输出系统，>>A=[a11,a12,…a1n;a21,a22,…a2n;…;an1,an2,…ann]; >>B=[b1;b2;…;bn]; >>C=[c1,c2,…cn]; >>D=d;调用ss()状态方程对象可构造状态方程模型，调用格式如下： >>ss(A,B,C,D)对于两种模型之间的转换，则可分别调用tf()和ss()完成，即： >>G1=tf(G) >>G2=ss(G ’)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。
2018-现代控制工程实验报告 (800字)word版本 (11页)
本文部分内容来自网络整理，本司不为其真实性负责，如有异议或侵权请及时联系，本司将立即删除！== 本文为word格式，下载后可方便编辑和修改！ ==现代控制工程实验报告 (800字)实验一：传递函数与状态空间模型的转换实验时间：10月9日实验地点：机电楼实验人：邹金萍一．实验目的：学会使用matlab将传递函数变为状态空间表达式。
二．实验原理：为了将传递函数变为状态空间表达式，Matlab中提供了函数tf2ss（），调用格式为：[A,B,C,D]=tf2ss(num,den)，运行后将给出系统的状态空间表达式。
三．主要仪器与耗材：PC机电脑一台，Matlab 7.0软件四．实验内容和步骤：例9.3 已知系统的传递函数模型为：s3?7s2?24s?24G(s)?4s?10s3?35s2?50s?24将其转换为状态空间模型。
具体步骤如下：1.开机运行PC机电脑，打开Matlab7.0软件，建立一个M文件。
2.直接利用Matlab函数tf2ss（）的程序如下：%EX3223系统模型转换 %输入要转换的原模型 num=[1 7 24 24]; den=[1 10 35 50 24];[A,B,C,D]=tf2ss(num,den); G=ss(A,B,C,D)3.保存该M文件，并运行所编程序。
五．数据处理与分析运行结果为： a =x1 x2 x3 x4 x1 -10 -35 -50 -24 x2 1 0 0 0 x3 0 1 0 0 x4 0 0 1 0 b =u1 x1 1 x2 0x3 0 x4 0 c =x1 x2 x3 x4 y1 1 7 24 24 d =u1 y1 0六．实验注意事项1. 编程格式需要注意正确的输入，注意正确使用函数tf2ss（）格式，保存文件注意正确格式。
2. 由于状态空间表达式的非唯一性。
Matlab命令给出的只是这些可能的表达式中的一种，但它不会改变系统输入与输出之间的动态关系。
现代控制工程实验报告
研究生实验报告院（系）：课程名称：专业：学生姓名：班级：学号：任课教师：日期： 2017年实验一一.实验目的1．掌握控制系统设计的频率响应法；2．研究超前、迟后和迟后-超前校正的仿真方法；3. 比较不同校正方法对控制系统的影响。
二.实验内容1．控制系统的开环传递函数如下：设计超前校正控制器，要求：（1）系统的静态误差常数120-=vK s（2）相角裕度50︒γ≥（3）幅值裕度10≥gK db仿真实验要求如下：1. 绘制未校正原系统的BODE图，求出未校正系统的,,,ωγωKc g g；2. 求出控制器传递函数，绘制控制器的BODE图；3. 求出校正后系统的传递函数，绘制校正后系统的BODE图，求出校正后系统的,,,ωγωKc g g；4. 绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，求出校正前后系统的时域指标（图解即可）；5. 分析超前校正对系统的影响。
2．控制系统的开环传递函数如下：设计迟后校正控制器，要求 ： （1）系统的静态误差常数15-=v K s （2）相角裕度40︒γ≥ （3）幅值裕度10≥g K db 仿真实验要求如下：绘制未校正原系统的BODE 图，求出未校正系统的,,,ωγωK c g g ；求出控制器传递函数，绘制控制器的BODE 图；求出校正后系统的传递函数，绘制校正后系统的BODE 图，求出校正后系统的,,,ωγωK c g g；绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，求出校正前后系统的时域指标（图解即可）；分析迟后校正对系统的影响。
3．控制系统的开环传递函数如下：设计迟后校正控制器，要求 ： 系统的静态误差常数110-=v K s 相角裕度50︒γ≥ 幅值裕度10≥g K db仿真实验要求如下：绘制未校正原系统的BODE 图，求出未校正系统的,,,ωγωK c g g ；求出控制器传递函数，绘制控制器的BODE ；求出校正后系统的传递函数，绘制校正后系统的BODE 图，求出校正后系统的,,,ωγωK c g g；绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，求出校正前后系统的时域指标（图解即可）；分析迟后-超前校正对系统的影响。
现代控制实验
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。
极点配置问题就是通过选择反馈增益矩阵，将闭环系统的极点恰好配置在根平面上所期望的位置，以获得所希望的动态性能。
1、状态空间分析对于控制系统 X=AX+Bu 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 选择控制信号为： u = KX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)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。
状态反馈闭环控制原理图如下所示：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 αααn 1n 1n 1nS A sI s s ++++=---来确定ααn1的值。
（3）确定使状态方程变为可控标准型的变换矩阵 T T=WM 其中 =M []b b bAA2n 1n --W=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎢⎢⎢⎢⎢⎣---11n 2n 11n αααα （4）利用所期望的特征值，写出期望的多项式 ()()()=---μμμn21s s s αααn 1n 1n 1ns ss ++++--并确定αααn21，，的值。
（5）需要的状态反馈增益矩阵K 由以下方程确定2、极点配置及仿真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：μφφφφ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡X X ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡X X .820100.82800100000000010 μφφφ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡X X ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡X =Y 0001000001 则有：⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=B ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=A 00D 01000001C .820100.82800100000000010 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ς = 0.5）。
现代控制理论实验报告
现代控制理论实验报告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MA TLAB 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，（1）建⽴系统的TF 或ZPK 模型。
(a) )3()1(4)(2++=s s s s G(b) 3486)(22++++=s s s s s G（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2. 已知系统的状态空间表达式(a) 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?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( ) 将状态空间表达式转换为传递函数⽤函数zpk( ) 将状态空间表达式转换为传递函数(b) u x x ??+---=7126712203010 []111=y 给定系统的状态空间模型⽤函数tf( ) 和zpk( )将状态空间表达式转换为传递函数实验⼆线性定常系统状态⽅程的解⼀、实验⽬的1. 掌握状态转移矩阵的概念。
学会⽤MA TLAB 求解状态转移矩阵。
2. 掌握线性系统状态⽅程解的结构。
学会⽤MATLAB 求解线性定常系统的状态响应和输出响应，并绘制相应曲线。
现代控制理论实验报告
现代控制理论实验指导书实验一：线性系统状态空间分析1、模型转换图1、模型转换示意图及所用命令传递函数一般形式：)()(1111110nmasasasabsbsbsbsGnnnnmmmm≤++++++++=----MATLAB表示为：G=tf(num,den)，其中num,den分别是上式中分子，分母系数矩阵。
零极点形式：∏∏==--=nijmiipszsKsG11)()()(MATLAB表示为：G=zpk(Z,P,K)，其中Z，P，K分别表示上式中的零点矩阵，极点矩阵和增益。
传递函数向状态空间转换：[A,B,C,D] = TF2SS(NUM,DEN)；状态空间转换向传递函数：[NUM,DEN] = SS2TF(A,B,C,D,iu)---iu表示对系统的第iu个输入量求传递函数；对单输入iu为1;验证教材P438页的例9-6。
求P512的9-6题的状态空间描述。
>> A=[0 1;0 -2];>> B=[1 0;0 1];>> C=[1 0;0 1];>> D=[0 0;0 0];>> [NUM,DEN] = ss2tf(A,B,C,D,1)NUM =0 1 20 0 0DEN =1 2 0>> [NUM,DEN] = ss2tf(A,B,C,D,2)NUM =0 0 10 1 0DEN =1 2 0给出的结果是正确的，是没有约分过的形式P512 9-6>> [A,B,C,D]=tf2ss([1 6 8],[1 4 3])A =-4 -31 0B =1C =2 5D =12、状态方程求解单位阶跃输入作用下的状态响应：G=ss(A,B,C,D);[y,t,x]=step(G);plot(t,x).零输入响应[y,t,x]=initial(G,x0)其中，x0为状态初值。
验证P435的例9-4，P437的例9-5。
9-4A=[0 1;-2 -3];B=[0;0];C=[0 0];D=[0];G=ss(A,B,C,D);[y,t,x]=initial(G,[1;2]);plot(t,x)（设初始状态为[1 ;2]）零输入响应00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.82-1-0.50.511.529-5零输入响应A=[0 1;-2 -3];B=[0;1];C=[0 0];D=[0];G=ss(A,B,C,D);[y,t,x]=initial(G,[1;2]);plot(t,x)00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.82-1-0.50.511.52零状态响应，阶跃信号激励下>> A=[0 1;-2 -3];B=[0;1];C=[0 0];D=[0];>> G=ss(A,B,C,D);[y,t,x]=step(G);plot(t,x)00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.8200.050.10.150.20.250.30.350.4总响应>> A=[0 1;-2 -3];B=[0;1];C=[0 0];D=[0];G=ss(A,B,C,D);[y1,t1,x1]=step(G);[y2,t2,x2]=initial(G,[1;2]);>> x=x1+x2;>> plot(t1,x)00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.82-0.500.511.523、系统可控性和可观测性可控性判断：首先求可控性矩阵：co=ctrb(A ，B)。
现代控制实验4
现代控制理论实验报告(四)实验四 系统设计：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。
pmnR y Ru Rx DCx y Bu Ax x ∈∈∈⎩⎨⎧+=+= (3－1)系统状态观测器包括全阶观测器和降阶观测器。
设计全阶状态观测器的条件是系统状态完全能观。
全阶状态观测器的方程为：Bu y K z C K A zz 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能观的，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u y z z Bu y K z C K A zz z ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=++-=10751375)(21六、实验要求已知系数阵A 、B 、和C 阵分别如式(3－4)示,设计全阶状态观测器，要求状态观测器的极点为[-1 -2 -3]上⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=234100010A ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=631B []001=C (3－4)设计全阶状态观测器，要求状态观测器的极点为[-1 -2 -3]。
现代控制理论实验报告
现代控制理论实验报告学院：机电学院学号:XXXXX姓名：XXXXX班级：XXXX实验一 系统的传递函数阵和状态空间表达式的转换一、实验目的1.熟悉线性系统的数学模型、模型转换。
2.了解MATLAB 中相应的函数 二、实验内容及步骤 1.给定系统的传递函数为1503913.403618)(23++++=s s s s s G 要求（1）将其用Matlab 表达；（2）生成状态空间模型。
2.在Matlab 中建立如下离散系统的传递函数模型y (k + 2) +5y (k +1) +6y (k ) = u (k + 2) + 2u (k +1) +u (k ) 3.在Matlab 中建立如下传递函数阵的Matlab 模型⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+++++++++++=726611632256512)(2322s s s s s s s s s s s s G 4.给定系统的模型为)4.0)(25)(15()2(18)(++++=s s s s s G求（1）将其用Matlab 表达；（2）生成状态空间模型。
5.给定系统的状态方程系数矩阵如下：[]0,360180,001,0100011601384.40==⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=D C B A用Matlab 将其以状态空间模型表示出来。
6.输入零极点函数模型，零点z=1,-2;极点p=-1,2,-3 增益k=1；求相应的传递函数模型、状态空间模型。
三、实验结果及分析 1. 程序代码如下：num = [18 36];den = [1 40.3 391 150]; tf(num,den) ss(tf(num,den))Transfer function:18 s + 36----------------------------s^3 + 40.3 s^2 + 391 s + 150a =x1 x2 x3x1 -40.3 -24.44 -2.344x2 16 0 0x3 0 4 0b =u1x1 1x2 0x3 0c =x1 x2 x3y1 0 1.125 0.5625d =u1y1 0Continuous-time model.2.2.程序代码如下：num=[1 2 1];den=[1 5 6];tf(num,den,-1)运行结果：Transfer function:z^2 + 2 z + 1-------------z^2 + 5 z + 6Sampling time: unspecified3.程序代码如下：num={[1 2 1],[1 5];[2 3],[6]};den={[1 5 6],[1 2];[1 6 11 6],[2 7]};tf(num,den)Transfer function from input 1 to output...s^2 + 2 s + 1#1: -------------s^2 + 5 s + 62 s + 3#2: ----------------------s^3 + 6 s^2 + 11 s + 6Transfer function from input 2 to output...s + 5#1: -----s + 26#2: -------2 s + 74. 程序代码如下：sys=zpk(-2,[-15 -25 -0.4],18)ss(sys)运行结果：1）Zero/pole/gain:18 (s+2)---------------------(s+15) (s+25) (s+0.4)2）a =x1 x2 x3x1 -0.4 1.265 0x2 0 -15 1x3 0 0 -25b =u1x1 0x2 0x3 8c =x1 x2 x3y1 2.846 2.25 0d =u1y1 0Continuous-time model.5.程序代码如下：A=[-40.4 -138 -160;1 0 0;0 1 0];B=[1 0 0]';C=[0 18 360];D=0;ss(A,B,C,D)运行结果：a =x1 x2 x3x1 -40.4 -138 -160x2 1 0 0x3 0 1 0b =u1x1 1x2 0x3 0c =x1 x2 x3y1 0 18 360d =u1y1 0Continuous-time model.6. 程序代码如下：sys=zpk([1 -2],[-1 2 -3],1) tf(sys)ss((sys)运行结果：Zero/pole/gain:(s-1) (s+2)-----------------(s+1) (s+3) (s-2)Transfer function:s^2 + s - 2---------------------s^3 + 2 s^2 - 5 s - 6a =x1 x2 x3x1 -1 2.828 1.414x2 0 2 2x3 0 0 -3b =u1x1 0x2 0x3 2c =x1 x2 x3y1 -0.7071 1 0.5d =u1y1 0Continuous-time model.四、实验总结本次实验主要是熟悉利用matlab建立线性系统数学模型以及模型间的相应转换（如状态空间、传递函数模型等）、并了解matlab中相应函数的使用，如tf、ss、zp2ss、ss2tf等。
现代控制理论试验报告
实验七 状态空间表达与求解的Matlab 实现1、 实验目的了解和熟悉Matlab 关于矩阵运算和状态空间表达及相关运算的常用命令和使用方法，以便在学习过程中能有效地应用Matlab 这个工具解决复杂系统的相关设计运算工作。
2、 实验内容（1）熟悉并使用以下常用的矩阵运算命令及运算符：det; eig; rank; inv; diag(v)和diag(v,k); poly; poly2symexp(A)和expm(A)A^n; A./B ; A.*B; A\B; A\B; A.’; A ’;(注：A ，B 均指任意矩阵)（2）熟悉系统的状态空间表达的Matlab 实现方法（SS 函数与tf 函数的应用和相互转换），并将相应的状态模型在Simulink 中表达成模拟结构图。
（3）利用实验（1）中的相关命令练习将一般的状态空间模型转换为约旦（Jordan ）标准型；直接应用函数Jordan(A)求解状态空间的转换矩阵。
（4）利用符号变量和前述的相关函数计算状态方程的非齐次解，解题思路如下：若某系统的状态方程为：u B x A x +=，求系统在单位阶跃作用下的状态响应解，设初始状态为)0(x ，输入量为：)(1)(t t u = ，应用Matlab 的求解过程为：Syms t sExp1=expm(A*t)*x0;Exp2=int(expm(a*(t-s))*B*u,s,0,t);最后的总解：X=Exp1+Exp2;(5) 若只需知道已知系统各状态量随时间的响应曲线，则可以直接应用Simulink 进行仿真，也可以通过直接建立SS 模型，再利用系统响应函数（如：step,initial,lsim ）获取状态响应值（曲线），后者代码可如下操作：已知系统为： u B x A x +=，u D x C y +=G=ss(A,B,C,D); [y,t,x]=lsim(G,u,t); //求任意输入响应，注：A,B,C,D,u,t 等应先赋值 G=ss(A,B,C,D); [y,t,x]=step(G,t); //阶跃响应G=ss(A,B,C,D); [y,t,x]=initial(G,x0,t); //零输入响应，x0为初始状态plot(t,x) //画出状态响应曲线实验报告（七）——状态空间表达于求解的Matlab 实现班级 自动化92 姓名 杨孝凌 学号32209209一、 已知系统的状态空间表达为：u x x ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=023120 ，⎥⎦⎤⎢⎣⎡=11)0(x 试用Matlab 求出系统单位阶跃下的状态解，写出实现过程的相应代码。
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现代控制理论实验报告
系统的状态空间分析与全维状态观测器的设计
一、实验目的
1 •掌握状态反馈系统的极点配置；
2 •研究不同配置对系统动态特性的影响。
二、实验仪器
1 •计算机
2. MATLAB 软件
三、实验原理
一个受控系统只要其状态是完全能控的，则闭环系统的极点可以任意配置。
极点配置有两种方法：①采用变换矩阵T,将状态方程转换成可控标准型，然后将期
相等，从而决定状态反馈增益矩阵K;②基于Carlay-Hamilton理论，它指出矩阵㈡满足自身的特征方程，改变矩阵特征多项式：的值，可以推出增益矩阵K。
这种方法推出增益矩阵K的方程式叫Ackermann公式。
四、实验内容
1 •试判别下列系统的可控性和可观性：
(1) A=[1,2,3;1,4,6;2,1,7]
B=[1,9;0,0;2,0];
C=[1,0,0;2,1,0]
实验程序：
a=[1,2,3;1,4,6;2,1,7]
b=[1,9;0,0;2,0]
c=[1,0,0;2,1,0]
n=size(a)
uc=ctrb(a,b)
uo=obsv(a,c)
if ran k(uc)==n
disp('系统可控')
else
disp('系统不可控')
end if ran k(uo )==n
disp（'系统可观'）else
disp（'系统不可观'）End
实验结果：
a =
1 2 3
1 4 6
2 1 7
b =
1 9
0 0
2 0
2 1 0
n =
3
uc =
1 9 7 9 81 81
0 0 13 9 155 153
2 0 16 18 139 15
3 uo =
1 0 0
2 1 0
1 2 3
9 13 36
35 50 141
系统可控
系统可观
(2) A=[-2,2,-1;0,-2,0;1,-4,0]
B=[[0；0；1]
C=[1,-1,1]
程序：
A=[-2,2,-1;0,-2,0;1,-4,0];
B=[0；0；1]；
C=[1,-1,1];
Qc=ctrb(A,B);
n=ran k(Qc);
if(n==3),disp('系统可控'); else,disp('系统不可控');
end
系统不可控
Qo=obsv(A,C);
m=ra nk(Qo);
if(m==3),disp('系统可观');
else,disp('系统不可观');
end
系统不可观
2.全状态反馈极点配置设计：
设系统的状态方程为：
x=Ax+Bu
其中，A=[0,1,0;0,0,1;-1,-5,-6]
B=[0;0;1]
p1=-2+j4、要求：利用状态反馈控制u=-Kx,将此系统的闭环极点配置成
p2=-2-j4、p3=-10。
求状态反馈增益矩阵K。
实验程序：
A=[0,1,0;0,0,1;-1,-5,-6]
B=[0;0;1]
J=[-2+j*4 -2-j*4 -10]
K=acker(A,B,J)
disp(K)
实验结果:
0 0 1
-1 -5 -6
B =
1
J =
-2.0000 + 4.0000i -2.0000 - 4.0000i -10.0000 K =
199 55 8
状态反馈前后系统的阶跃响应曲线：
A=[0,1,0;0,0,1;-1,-5,-6]
B=[0;0;1]
C=[1,0,1]
step(A,B,C,0)
hold on
j=[-2+j*4 -2-j*4 -10]
K=acker(A,B,J)
sys=ss(A-K*B,B,C,0) step(sys)
3•连续系统状态观测器设计：
设系统的状态方程为：
x=Ax+Bu
y=Cx
其中，A=[0,1,0;0,0,1;-6,-11,-6]
B=[0;0;1] C=[1,0,0]
要求：设计全维状态观测器，使系统的闭环极点配置成p i=-2+j2*sqrt3、p2=-2-j2*sqrt3、p3=-5。
求状态观测阵L。
A=[0,1,0;0,0,1;-6,-11,-6];
B=[0;0;1];
C=[1,0,0]；
r=ran k(obsv(A,C));
A仁A';
B1=C';
C1=B';
p=[-2+j*2*sqrt(3);-2-j*2*sqrt(3);-5];
>>L=acker(A1,B1,p);
>>ke=L'
ke =
3.0000
7.0000
-1.0000
实验二利用MATLAB设计线性二次型最优控制器
一、实验目的
1、学习线性二次型最优控制理论;
2、通过编程、上机调试，掌握线性二次型最优控制器设计方法。
、实验仪器
1•计算机
2. MATLAB 软件
三、实验内容
设计最优反馈控制器a=[0,1;-1,0];
b=[0；1]；
q=[1,0;0,0];
r=[1]；
[k,p,e]=lqr(a,b,q,r) k =
0.4142
0.910 2
P =
1.2872
0.414 2
0.4142
0.910 2
e
=
-0.4551 + 1.0987i
-0.4551 - 1.0987i
最优闭环系统对初始状态X (0) =[1 0]T的响应a=[0 1;-1 0];
b=[0;1];
k=[0.4142 0.9102];
sys二ss(a-b*k,eye(2),eye(2),eye(2));
t=[0:0.01:8];
x=i ni tial(sys,[1;0],t);
x1=[1 0]*x';
x2=[0 1]*x';
subplot(2,1,1);plot(t,x1);
grid on
xlabel('t (sec)');ylabel('x1');
subplot(2,1,2);plot(t,x2);grid on
xlabel('t (sec)');ylabel('x2')
File Edit Vie*/ Insert Tools Wiridovy Hdp。