现代控制工程实验报告

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南昌大学现代控制实验报告

现代控制理论实验报告实验课程：现代控制理论学生姓名：熊林林学号：6100312235专业班级：自动化121班学生姓名：熊林林学号： 6100312235 专业班级：自动化121 班实验类型：■ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新实验日期：实验成绩：实验一典型非线性环节一．实验要求1. 了解和掌握典型非线性环节的原理。

2. 用相平面法观察和分析典型非线性环节的输出特性。

二．实验原理及说明实验以运算放大器为基本元件，在输入端和反馈网络中设置相应元件（稳压管、二极管、电阻和电容）组成各种典型非线性的模拟电路，模拟电路见图3-4-5 ~ 图3-4-8所示。

1．继电特性理想继电特性的特点是：当输入信号大于0时，输出U 0=+M ，输入信号小于0，输出U 0=-M 。

理想继电特性如图3-4-1所示，模拟电路见图3-4-5，图3-4-1中M 值等于双向稳压管的稳压值。

图3-4-1 理想继电特性图3-4-2 理想饱和特性注：由于流过双向稳压管的电流太小（4mA ），因此实际M 值只有3.7V 。

2．饱和特性饱和特性的特点是：当输入信号较小时，即小于|a|时，电路将工作于线性区，其输出U 0=KU i ，如输入信号超过|a|时，电路将工作于饱和区，即非线性区，U 0=M 。

理想饱和特性见图3-4-2所示，模拟电路见图3-4-6，图3-4-2中M 值等于双向稳压管的稳压值，斜率K 等于前一级反馈电阻值与输入电阻值之比，即： K=R f /Ro 。

a 为线性宽度。

3．死区特性死区特性特点是：在死区内虽有输入信号，但其输出U 0=0，当输入信号大于或小于|△|时，则电路工作于线性区，其输出U 0=KU i 。

死区特性如图3-4-3所示，模拟电路见图3-4-7，图3-4-3中斜率K 为： 0R R K f =死区)(4.0)(123022V R V R =⨯=∆ 式中R 2的单位K Ω，且R 2=R 1。

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。

现代控制实验报告1611

现代控制实验报告实验二状态空间标准形与控制系统的运动分析一、实验目的1.掌握线性系统的对角线标准形、约当标准形、能控标准形和能观测标准型的表示及相应变换阵的求解。

深入理解状态空间模型的相关理论。

2.掌握利用Matlab进行矩阵指数函数的数值计算和符号计算方法；对定常连续系统和定常离散系统的状态空间模型进行求解，分析其运动规律；对连续系统进行离散化。

二、实验内容及步骤1.将实验一的第2题用对角标准型实现a1=5;a0=6;b2=1;b1=2;b0=1;c0=b2;c1=b1-a1*c0;c2=b0-a0*c0-a1*c1;G=[01;-a 0-a1];H=[c1;c2];C=[10];D=[c0];[Q,d]=eig(G);P=inv(Q);Gb=P*G*QHb=P*HCb= C*QDb=D运行结果Gb=-2.00000.0000-0.0000-3.0000Hb=2.236112.6491Cb=0.4472-0.3162Db=12.已知系统的动态方程如下：0101001061160XX，y110X1）求对角标准型实现，并写出实现变换的非奇异阵和变换关系。

A=[010;001;-6-11-6];B=[1;0;0];C=[110];D=0;[Q,D]=eig(A)P=inv(Q)%[c on_ss,T]=canon(A,B,C,D,"modal")%[con_ss1,T1]=canon(A,B,C,D,"companion ")A1=P*A*QB1=P*B运行结果Q=-0.57740.2182-0.10480.5774-0.43640.3145-0.57740.8729-0.9435D=-1.0000000-2.0000000-3.0 000P=-5.1962-4.3301-0.8660-13.7477-18.3303-4.5826-9.5394-14.3091-4.76 97A1=-1.0000-0.00000.0000-0.0000-2.00000-0.00000.0000-3.0000B1=-5.196 2-13.7477-9.53942）求可控准型实现（能控规范I形），并写出实现变换的非奇异阵和变换关系。

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。

现代控制实验报告

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)==ndisp('系统可控')elsedisp('系统不可控')end if ran k(uo )==ndisp（'系统可观'）elsedisp（'系统不可观'）End实验结果：a =1 2 31 4 62 1 7b =1 90 02 02 1 0n =3uc =1 9 7 9 81 810 0 13 9 155 1532 0 16 18 139 153 uo =1 0 02 1 01 2 39 13 3635 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。

中北大学现代控制理论实验报告

中北大学计算机与控制工程学院实验报告《现代控制理论》专业电气工程与智能控制班级XX070541学号XX070541XX姓名XX辅导老师成绩实验日期2017.04.25 实验时间8:30—11:30实验名称单级倒立摆系统控制特性分析实验目的1、旋转倒立摆线性模型建立与分析；2、利用MATLAB 分析线性定常系统的可控性、可观性与稳定性；3、线性模型与非线性模型对比；实验内容（1）根据实验原理中提供的单级倒立摆模型及可控、可观、稳定性判定方法，自编写程序判断倒立摆系统中占空比δ→旋转臂角位移α，占空比δ→摆杆角位移q 两通道的可控性，求解两通道系统的变换矩阵Qc；（2）自编写程序判断倒立摆系统中占空比δ→旋转臂角位移α，占空比δ→摆杆角位移q 两通道的可观性，求解两通道系统的变换矩阵Qo；（3）自编写程序判断倒立摆系统中占空比δ→旋转臂角位移α，占空比δ→摆杆角位移q 两通道的稳定性；实验原理或流程图实验过程或源代码J=0.0423m=0.404辅导老师成绩实验日期2017.04.25 实验时间8:30—11:30 实验名称单级倒立摆极点配置控制系统设计实验目的1. 根据设计指标获取理想极点位置；2．利用MATLAB 基于极点配置方法求解状态反馈矩阵；实验内容实验原理或流程图实验过程或源代码引用实验1的全部程序并附加以下程序disp('原系统的极点');p=eig(A)' %求矩阵A的全部特征根P=[-100;-101;-7.07+10*sqrt(-1/2);-7.07-10*sqrt(-1/2)]; K=place(A,B,P) %对系统进行极点配置disp('配置后系统的极点为')p=eig(A-B*K)'Simulink仿真输出结果显示系统稳定。

实验心得：学会了如何进行系统极点配置。

在simulink仿真模型中，可直接引用矩阵ABCD，一个系统的输入输出维数应相等。

现代控制理论实验报告—中国石油大学

现代控制理论姓名：滕翔学号：10051321班级：自动化10-3班一、实验内容：已知系统传递函数1. 用Simulink 对该系统进行实现●能控性实现●串联实现●能观性实现（选做）●并联实现（选做）2. 以上述系统的串联实现为基础，实验研究：●系统在初始条件作用下的状态响应和输出响应●系统在阶跃输入信号作用下的状态响应和输出响应●分析系统在状态空间坐标原点的稳定性3. 以上述系统的串联实现为基础，设计状态反馈控制器要求：系统输出的最大超调量，调节时间ts=1秒仿真分析系统的实际工作效果，由系统输出的实际阶跃响应曲线计算最大超调量、调节时间、稳态误差等系统的性能参数分析该系统在输出比例控制下是否会存在稳态误差？状态反馈控制下是否会存在稳态误差？分析出现这种差异的原因，讨论消除状态反馈稳态误差的方法。

4. 以上述系统的串联实现为基础，设计系统的全维状态观测器，观测器极点全为-4，仿真分析在原系统和观测器系统初始条件相同和不同时，观测状态与原状态变量的差值随时间变化的情况，例如改变观测器极点配置到-9，结果有何不同？5. 结合以上3、4 的结果，应用观测状态实现状态反馈控制对比分析实际状态反馈与观测状态反馈系统控制效果的异同。

6. 选做降维观测器设计及状态反馈实验平台采用MATLAB 及Simulink 工具，注意：实验过程中要善于应用MATLAB 控制系统工具箱的工具。

二、实验过程，结果及分析：1.用Simulink 对该系统进行实现能控性实现(1)(2)很容易就可以得到能控Ⅰ型实现，状态空间表达式如下：(3)由上述表达式可得结构模拟图如下：(4)根据结构模拟图在simulink中仿真子系统如下图：● 串联实现(1)(2) 由上式很容易得到结构模拟图如下：(3) 根据结构模拟图在simulink 中仿真子系统如下图：● 能观性实现(选做)(1)(2) 可以写出能观Ⅱ型实现，状态空间表达式如下：(3) 结构模拟图如下：(4) 根据结构模拟图在simulink 中仿真子系统如下图：并联实现(选做)(1)(2) 由上式可写出约当标准型实现，状态空间表达式如下：(3)由状态空间表达式可以得到结构模拟图如下：(4)根据结构模拟图在simulink中仿真子系统如下图：综上，将所有子系统一起进行仿真，仿真模型如下图：仿真结果如下图：分析：上图曲线由上及下分别是能控实现，串联实现，能观实现，并联实现以及各种实现混合，可见各种实现仿真曲线一致，证明同一系统各种实现效果唯一，只是形式方式不一样而已，在表观性质上有区别但本质是相同的。

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。

现控实验报告

电气与控制工程学院中北大学电气与控制工程学院实验报告《现代控制理论专题实验》学号：姓名：专业：自动化指导老师：温杰成绩：中北大学电气与控制工程学院控制科学与工程学科管理部实验一旋转倒立摆线性模型及非线性模型的建模与分析成绩：一、实验目的：1.旋转倒立摆线性模型建模与分析。

2.旋转倒立摆非线性模型建模与分析。

3.线性模型与非线性模型对比。

二、实验要求：1.了解旋转倒立摆的工作原理。

2.熟悉Simulink基础。

三、实验原理与背景：旋转倒立摆由连接的臂和摆组成，其结构如图1.1所示。

臂转过角度θ，带动摆旋转角度α，即臂的旋转角速度为θ’，相应的摆的旋转角速度为α’。

臂的长度为r摆的几何点设为B,其到A点的长度为l。

旋转倒立摆的数学模型可以通过两种方法得到：1、牛顿法，即分析摆的受力并借助牛顿第二定律以及分析旋转运动时应用欧拉公式。

2、拉格朗日法，即通过计算摆的动能和势能，然后使用拉格朗日公式。

旋转倒立摆的非线性模型为：四、实验内容：1、系统建模根据表1.1中的参数，建立倒立摆的线性模型和非线性模型，分别计算a、b、c、d、E、G，然后再计算A、B、C、D矩阵来得到系统的状态空间表达式。

计算A、B、C、D2、线性系统可控性.根据第1步中建立的线性系统数学模型，使用系数矩阵和输入矩阵建立能控矩阵Uc=[B AB A² B A³B]，判断线性系统的能控性。

因为rank(Uc)=4=n，所以系统可控。

3、线性系统的阶跃响应。

（输入为阶跃信号，在0.5s由0变成1）波形结果：4、非线性系统和线性系统的对比。

构建子系统模型如下：主系统模型如下：A、将线性系统和非线性系统的初始条件α,θ,α’,θ’均设为0，输入为阶跃信号，观察4个输出的差异。

B、将线性系统和非线性系统的初始条件设为：θ’=0.1，α,θ,α’均设为0，输入为零，观察4个输出的差异。

C、将线性系统和非线性系统的初始条件设为：α’=0.1，α,θ,θ’均设为0，输入为零，观察4个输出的差异。

控制工程实习报告

控制工程实习报告一、引言控制工程是现代工程领域中不可或缺的重要学科，其应用广泛涵盖了制造业、交通运输、能源系统等众多领域。

为了提高学生在控制工程方面的实践能力，我校设立了控制工程实习课程。

本实习报告就是基于我在实习期间的实际操作与体验，对这门课程进行总结和反思，以期对学科的进一步学习与应用能够有所帮助。

二、实习内容1. 实习项目：PID控制器调参与优化在实习期间，我与同学们一起进行了PID控制器调参与优化的实习项目。

我们首先了解了PID控制器的基本原理与算法，然后通过实际操控设备，对PID参数在不同控制单位下的作用进行了实际观察，并通过数据分析得出控制器的最佳参数。

2. 实习设备与工具为了完成我们的实习项目，我们使用了以下设备与工具：- 控制器：我们使用了一台先进的控制器设备，该设备具备了多种控制模式，能够灵活应对不同的控制需求。

- 传感器：为了获得控制设备的反馈信号，我们使用了传感器来监测设备的相关参数，如温度、压力等。

- 软件工具：我们使用了MATLAB等软件工具进行PID参数的计算与优化，并对实际运行的数据进行分析与处理。

三、实习过程与心得1. 实习过程在实习过程中，我们首先进行了理论学习，并对PID控制器的各种参数进行了了解与分析。

随后，我们开始实际操作设备，调整PID参数并记录数据。

通过多次试验与数据分析，我们逐渐掌握了PID控制器调参的基本方法与技巧。

最后，在实践操作中，我们成功找到了最佳的PID参数组合，并实现了对设备的良好控制。

2. 实习心得通过这次实习，我深刻认识到了控制工程在现代工程中的重要性。

掌握了PID控制器调参与优化的基本方法，提高了自己的实践能力和解决问题的能力。

同时，我也意识到了在实践操作中的困难与挑战，如如何准确地选取PID参数、如何分析实际数据等。

这些问题需要我们不断地学习与实践，才能够更好地应对。

四、实习总结与展望通过这次控制工程实习，我不仅在理论知识上有所提高，更重要的是在实际操作与解决问题的过程中锻炼了自己的能力。

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实验三典型非线性环节实验目的1.了解和掌握典型非线性环节的原理。

2.用相平面法观察和分析典型非线性环节的输出特性。

实验原理及说明实验以运算放大器为基本元件，在输入端和反馈网络中设置相应元件（稳压管、二极管、电阻和电容）组成各种典型非线性的模拟电路。

实验内容3.1测量继电特性（1）将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔，作为系统的-5V~+5V输入信号（Ui）：B1单元中的电位器左边K3开关拨上（-5V），右边K4开关也拨上（+5V）。

（2）模拟电路产生的继电特性：继电特性模拟电路见图慢慢调节输入电压，观测并记录示波器上的U0~U i图形。

函数发生器产生的继电特性①函数发生器的波形选择为‘继电’，调节“设定电位器1”，使数码管右显示继电限幅值为3.7V。

U0~U i图形。

实验结果与理想继电特性相符3.2测量饱和特性将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔，作为系统的-5V~+5V输入信号（Ui）：（2）模拟电路产生的饱和特性：饱和特性模拟电路见图3-4-6。

慢慢调节输入电压观测并记录示波器上的U0~U i图形。

如下所示：函数发生器产生的饱和特性①函数发生器的波形选择为‘饱和’特性；调节“设定电位器1”，使数码管左显示斜率为2；调节“设定电位器2”，使数码管右显示限幅值为3.7V。

慢慢调节输入电压（即调节信号发生器B1单元的电位器，调节范围-5V~+5V），观测并记录示波器上的U0~U i图形。

波形如下：3.3测量死区特性模拟电路产生的死区特性慢慢调节输入电压，观测并记录示波器上的U0~U i图形。

如下所示：观察函数发生器产生的死区特性：观察时要用虚拟示波器中的X-Y选项慢慢调节输入电压（即调节信号发生器B1单元的电位器，调节范围-5V~+5V），观测并记录示波器上的U0~U i图形。

波形如下图所示：3.4测量间隙特性模拟电路产生的间隙特性间隙特性的模拟电路见图3-4-8。

现代控制系统实验报告

《现代控制理论实验报告》名称：电机调速控制系统实验班级：09自动化（兴）学号：姓名：2011年12月8日现代控制理论基础实验题目电动机速度控制系统如下图虚线框部分所示，设计状态反馈控制器K ，使得系统跟踪单位阶跃指令时无静态误差，超调量s t s 1%,5%<≤σ。

要求写出详细的设计步骤，给出仿真设计系统原理框图，给出仿真的输出波形图和误差波形图。

此次实验报告作为平时成绩，要求独立完成设计，发现完全照抄的实验报告，将同时记0分。

实验报告给出电子版一份发到QQ 邮箱，同时提交一份纸质签名报告。

图一现代控制理论基础仿真实验系统图二现代控制理论基础仿真实验系统（简化）>> A??? Undefined function or variable 'A'. >> A=[-20 0 0;-2 -2 -1;0 0.1 0]A =-20.0000 0 0-2.0000 -2.0000 -1.00000 0.1000 0 >> B=[6;0.8;0]B =6.00000.8000>> K1=[2557.5 633.7 51.5]K1 =1.0e+003 *2.5575 0.6337 0.0515>> Q1=[B A*B A*A*B]Q1 =1.0e+003 *0.0060 -0.1200 2.40000.0008 -0.0136 0.26710 0.0001 -0.0014 >> Q2=[1 0 0;22 1 0;40.1 22 1]Q2 =1.0000 0 022.0000 1.0000 040.1000 22.0000 1.0000 >> P=[Q1*Q2]P =1.0e+004 *9.3606 5.2680 0.24001.0413 0.5863 0.0267-0.0053 -0.0030 -0.0001 >> P987=inv(P)P987 =1.0e+004 *-0.0000 0.0005 0.01010.0011 -0.0111 -0.2167-0.0224 0.2236 4.3630>> K0=[K*P987]??? Undefined function or variable 'K'. >> K0=[K1*P987]K0 =1.0e+006 *-0.0058 0.0577 1.1319u x x ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----=08.0601.001220020.⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎡---=01.0120020A ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=08.06B[]x y 100=[]100=C（2）求解期望极点题目要求 t<1s %5%=σ由公式)02.0(4%100)1/(exp %2=∆≈⨯--=ns t ξωξπξσ可得 35.6707.0==n ωξ主导期望极点1s 、2s j 49.449.4±-=（5）实验总结及心得基于两个学期自控控制的学习，理论知识基本掌握，而经过这次试验，更进一步的对课本知识有了了解，能够会用matlab 的一些功能，感到了matlab 功能的强大。

现代控制理论实验报告河南工业大学

河南工业大学现代控制理论实验报告姓名：朱建勇班级：自动1306学号： 0601现代控制理论实验报告专业: 自动化班级: 自动1306 姓名: 朱建勇学号: 0601 成绩评定:一、实验题目：线性系统状态空间表达式的建立以及线性变换二、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。

三、实验仪器个人笔记本电脑 Matlab R2014a 软件四、实验内容1. 已知系统的传递函数 (a) )3()1(4)(2++=s s s s G(b) 3486)(22++++=s s s s s G(c) 61161)(232+++++=z z z z z z 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。

v1.0 可编辑可修改2. 已知系统的状态空间表达式(a) u x x⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=106510 []x y 11=(b) u x x ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=7126712203010 []111=y (c) u x x ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=357213********* []x y 101=(d) u x x ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=011310301100 []x y 210-= （1）建立给定系统的状态空间模型。