《2017现代控制系统实验报告》
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 ≤++++++++=----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：∏∏==--=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。
《2017现代控制系统实验报告》
现代过程控制课程实验报告实验名称1.单容水箱对象特性测试2.双容水箱特性的测试3.上水箱液位PID整定实验4.串接双容水箱液位PID整定实验5.锅炉内胆水温PID控制实验6.水箱液位串级控制系统学院班级学号姓名任课教师学期实验一 单容水箱特性的测试一、实验目的1.掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，并记录相应液位的响应曲线。
2.根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T 和传递函数。
二、实验设备1.THJ-2型高级过程控制系统实验装置2.计算机及相关软件3.万用电表一只三、实验原理1-1 单容水箱特性测试结构图图1-1 单容水箱特性测试结构图由图1-1知，对象的被控制量为水箱的液位H ，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q 1，手动阀V 1和V 2的开度都为定值，Q 2为水箱中流出的流量。
根据物料平衡关系，在平衡状态时02010=-Q Q (1)动态时，则有12dV Q Q dt-= (2)式中 V 为水箱的贮水容积，dV dt为水贮存量的变化率，它与H 的关系为：dV Adh =，即dV dh A dtdt= (3)A 为水箱的底面积。
由上式得12dh Q Q Adt-= (4)基于SR hQ =2，s R 为阀V 2 的液阻，则上式可改写为 1s h dh Q A R dt-= 即1sdhAR h KQ dt+= 或写作1()()1H s KQ s TS =+ (5)式中s AR T =，它与水箱的底积A 和V 2的s R 有关；K=s R 。
式（5）就是单容水箱的传递函数。
若令01()R Q s S=则式（5）可改为00()11R R KR K T H s K S S S S T T=⨯=-++对上式取拉氏反变换得0()(1)h t KR e τ-=- (6)当t →∞时，0()h KR ∞=，因而有0()/K h R =∞=输出稳态值/阶跃输入 当t=T 时，则有100()(1)0.6320.632()h T KR e KR h -=-==∞式(6)表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图 1-2 所示。
现代控制理论实验报告材料
实验一线性控制系统状态空间法分析第一部分 线性控制系统状态空间模型的建立及转换、实验目的例拎制系统傲分力程湖I ioy r 3 k SOy +- it \- 7ii \ 24/i r求共抉态空间表达式口1掌握线性控制系统状态空间模型的建立方法。
2掌握MATLAB^的各种模型转换函数。
二、 实验项目1已知系统的传递函数求取其状态空间模型。
2 MATLAB 中各种模型转换函数的应用。
3连续时间系统的离散化。
三、 实验设备与仪器1、 计算机2、 M ATLAB^件四、 实验原理及内容 (一) 系统数学模型的建立1、 传递函数模型一tf功能：生成传递函数，或者将零极点模型或状态空间模型转换成传递函数模型。
格式：G=tf(num,den)其中，(num,den )分别为系统的分子和分母多项式系数向量。
返回的变量G 为传递函数对象2、 状态方程模型 一ss功能：生成状态方程，或者将零极点模型或传递函数模型转换成状态方程模型。
格式：G=ss(A,B,C,D)其中，A,B,C,D 分别为状态方程的系统矩阵、输入矩阵、输出矩阵和前馈矩阵可以先将其转挽成传递函数j 4 + 1O.53 ++5OJ. + 24输入下列命令 [1 T 24 24] : den= [1 1O 35 50 24 ]： % 分子、分母参项式 Cnum, 壮7； 算趺禅徐统的侵遴函皴梗型E3<s= ss (G)语句执行结果为M 2X3一氢1B8-O 7813-0 1875O O O 4 O O 02OxZ sc3 ulO 010^00 XII3、零极点模型一zpk功能：生成零极点模型，或将状态方程模型或传递函数模型转换成零极点模型格式：G=zpk(z, p, K)其中，乙p,K分别表示系统的零点、极点和增益。
【例】：G=tf([-10 20 0],[1 7 20 28 19 5])sys=zpk(G);G=tf([-10 20 0],[1 7 20 28 19 5])Tran sfer fun cti on:-10 s A2 + 20 ss A5 + 7 sA4 + 20 sA3 + 28 sA2 + 19 s + 5 >> sys=zpk(G)Zero/pole/ga in:-10 s (s-2)(s+1)A3 (sA2 + 4s + 5)c = a =xi x2 x3yl 1 0 4375 0.375 0. 1875 y i 0Contimodel.(二)连续时间系统离散化函数名称：c2d格式：G=c2d(G1,Ts),其中Ts为采样周期。
系统控制实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 掌握系统控制的基本原理和方法。
2. 熟悉最少拍控制系统的分析方法。
3. 了解输入信号对最小拍控制系统的影响及其改进措施。
4. 培养实验操作能力和数据分析能力。
二、实验原理最少拍控制系统是一种直接数字设计方法，其目的是使闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态，使系统输出值尽快地跟踪期望值的变化。
其闭环传递函数具有形式：\[ G(s) = \frac{1}{(z-1)^N} \]其中，N是可能情况下的最小正整数。
这一传递形式表明闭环系统的脉冲响应在N个采样周期后变为零，从而意味着系统在N拍之内到达稳态。
三、实验设备1. 硬件环境：- 微型计算机一台，Pentium 4以上各类微机2. 软件平台：- 操作系统：Windows 2000- 仿真软件：MATLAB6.0四、实验内容与步骤1. 计算控制器：- 按照系统要求计算最少拍有纹波控制器。
2. 构造系统结构图模型：- 在Simulink下构造系统结构图模型。
- 取输入信号为单位阶跃信号和单位速度信号。
3. 设计控制器：- 设计控制器，观察输入输出波型，标明参数，打印结果。
4. 观察系统输出波形：- 观察系统输出波形在采样点以外的波形。
五、实验结果与分析1. 单位阶跃输入下的最少拍有纹波控制系统：- 通过仿真，可以得到单位阶跃输入下的最少拍有纹波控制系统的输出波形，如图1-2所示。
- 从图中可以看出，系统在3个采样周期内达到稳态，且稳态误差较小。
2. 单位速度输入下的最少拍有纹波控制系统：- 通过仿真，可以得到单位速度输入下的最少拍有纹波控制系统的输出波形。
- 从图中可以看出，系统在3个采样周期内达到稳态，且稳态误差较小。
3. 输入信号对系统的影响：- 通过改变输入信号，可以观察到输入信号对系统输出波形的影响。
- 例如，当输入信号为单位阶跃信号时，系统输出波形呈现出明显的纹波现象；而当输入信号为单位速度信号时，系统输出波形则较为平滑。
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。
《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 DCx 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。
,2010050010000100001043214321u x x x x x x x x ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-+⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡ []⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=43210001x x x x y (1.3)程序:A=[0 1 0 0;0 0 -1 0;0 0 0 1;0 0 5 0]; B=[0;1;0;-2]; C=[1 0 0 0]; D=0;[num,den]=ss2tf(A,B,C,D,1)程序运行结果:num =0 -0.0000 1.0000 -0.0000 -3.0000 den =1.0000 0 -5.0000 0 0从程序运行结果得到:系统的传递函数为:24253)(ss s S G --= ④ [1.2] 从系统的传递函数式求状态空间表达式。
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。
现代控制理论实验报告
现代控制理论实验报告实验报告(20１6-2017年度第二学期)名称:《现代控制理论基础》题目:状态空间模型分析院系:控制科学与工程学院班级:＿__学号:＿_学生姓名:__＿___指导教师:______＿成绩:日期:20１7年4月1５日线控实验报告一、实验目得::l。
加强对现代控制理论相关知识得理解;2、掌握用matlaｂ进行系统李雅普诺夫稳定性分析、能控能观性分析;二、实验内容第一题:已知某系统得传递函数为求解下列问题:(1)用mａtlab表示系统传递函数ｎum＝［1];dｅn＝［132];sys=ｔf(num,dｅn);ｓys1=zpｋ([],[-１－2］,1);结果:syｓ=1—－---－-－——-－—s^2＋3s＋２sys1＝1-－——－——--——(s＋１)(ｓ+2)(２)求该系统状态空间表达式:[A1,Ｂ1,C1,D1]=tf2ss(nuｍ,ｄen);Ａ＝-3—210B=1０Ｃ=1第二题:已知某系统得状态空间表达式为::求解下列问题:（1）求该系统得传递函数矩阵:（2）该系统得能观性与能空性:（3）求该系统得对角标准型:（4）求该系统能控标准型:（5）求该系统能观标准型:（6）求该系统得单位阶跃状态响应以及零输入响应:解题过程:程序:Ａ=[—３－２;10］;B=［1０]＇;C=[０1];D=0;［ｎuｍ,den］=ss２ｔｆ(A,B,Ｃ,Ｄ);ｃo=ctｒb(A,Ｂ);t１＝ｒanｋ(co);ob=ｏbｓv(Ａ,C);t2＝raｎk(ob);[Aｔ,Bt,Ct,Ｄt,T］=canｏn(A,B,Ｃ,Ｄ,＇ｍodal’);［Ａｃ,Bc,Cc,Dｃ,Ｔｃ]=cａｎoｎ(Ａ,B,C,D,"cｏmｐａnｉon＇);Ao=Ａc";Ｂo＝Cc";Ｃo=Bc＇;结果:(1)nｕm＝０１den=13２(2)能控判别矩阵为:cｏ=１—31能控判别矩阵得秩为:ｔ１＝2故系统能控。
现代控制理论课程设计实验报告
现代控制理论课程设计实验报告现代控制理论课程设计系别机电⼯程系专业⾃动化⼀、题⽬：⼆、技术指标：三、设计内容第1章线性系统状态空间表达式建⽴1-1由开环系统的传递函数结构图建⽴系统的状态结构图。
1-2由状态结构图写出状态空间表达式。
第2章理论分析计算系统的性能2-1稳定性分析⽅法与结论。
2-2能控性与能观测性分析⽅法与结论。
第3章闭环系统的极点配置3-1极点配置与动态质量指标关系。
3-2极点配置的结果（闭环特征多项式）。
第4章由状态反馈实现极点配置4-1通过状态反馈可任意配置极点的条件。
4-2状态反馈增益阵的计算。
第5章⽤MATLAB编程研究状态空间表达式描述的线性系统5-1由传递函数结构图建⽴状态空间表达式。
5-2由状态空间表达式分析稳定性、能控性、能观测性。
5-3根据极点配置要求，确定反馈增益阵。
5-4求闭环系统阶跃响应特性，并检验质量指标。
第6章⽤模拟电路实现三阶线性系统6-1系统模拟电路图。
6-2各运算放⼤电路的电阻、电容值的确定。
6-3模拟实验结果及参数的修改。
课程设计⼩结1、收获。
2、经验教训与建议。
⼀、⽬的要求⽬的：1、通过课程设计,加深理解现代控制理论中的⼀些基本概念；2、掌握⽤状态⽅程描述的线性系统的稳定性、能控性、能观性的分析计算⽅法；3、掌握对线性系统能进⾏任意极点配置来表达动态质量要求的条件，并运⽤状态反馈设计⽅法来计算反馈增益矩阵和⽤模拟电路来实现。
达到理论联系实际，提⾼动⼿能⼒。
要求：1、在思想上重视课程设计，集中精⼒，全⾝⼼投⼊，按时完成个阶段设计任务。
2、重视理论计算和MATLAB 编程计算，提⾼计算机编程计算能⼒。
3、认真写课程设计报告，总结经验教训。
⼆、设计题⽬及技术指标题⽬：⽤现代控制理论中状态反馈设计三阶线性控制系统技术指标：1、已知线性控制系统开环传递函数为：0G 012K (s)=s(Ts+1)(T s+1)，其中T1= 0.1 秒，T2=1.0秒，K 0=1结构图如图所⽰：2、质量指标要求：% =4.32% ，p t =1秒，ss e =0 ，ssv e = 0.1三、设计报告正⽂第1章线性系统状态空间表达式建⽴1-1由开环系统的传递函数结构图建⽴系统的状态结构图由系统结构图可得变换后的系统结构图如下：1-2由状态结构图写出状态空间表达式。
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]。
现代控制理论课程设计实验报告
现代控制理论课程设计目录第1章线性系统状态空间表达式建立1.1由开环系统的传递函数结构图建立系统的状态结构图1.2由状态结构图写出状态空间表达式第2章理论分析计算系统的性能2.1稳定性分析方法与结论2.2能控性与能观测性分析方法与结论第3章闭环系统的极点配置3.1极点配置与动态质量指标关系3.2极点配置的结果（闭环特征多项式）第4章由状态反馈实现极点配置4.1通过状态反馈可任意配置极点的条件4.2状态反馈增益阵的计算第5章用MATLAB编程研究状态空间表达式描述的线性系统5.1由传递函数结构图建立状态空间表达式5.2由状态空间表达式分析稳定性、能控性、能观测性5.3根据极点配置要求，确定反馈增益阵5.4求闭环系统阶跃响应特性，并检验质量指标课程设计小结第1章 线性系统状态空间表达式建立1.1由开环系统的传递函数结构图建立系统的状态结构图由已知条件得线性控制系统开环传递函数结构图如图所示：系统开环传递函数结构框图图1-1已知线性控制系统开环传递函数为G 012K (s)=s(T s+1)(T s+1)，根据系统对具体参数的要求（见表1-1），可得系统参数如下：K0=1,T1=0.4S,T2=3.3S ，则系统的开环传递函数如下为：1G (s)=s(0.4s+1)(3.3s+1)320.758G 2.7560.758s s ++(s)=系统参数要求 表1-1由系统的结构框图1-1经过变换得到系统的结构图如下1-2:系统结构图图1-21.2由状态结构图写出状态空间表达式根据系统的状态结构图得：()()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧==-=-=-=-==3303232232121121.300.31 2.52.51x x k y x x x x T x x x x x T x u x 系统的状态空间方程和输出方程如下：⎩⎨⎧+=+=D Cx y B Ax x 其中A,B,C,D 矩阵分别为：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=0.3-.30002.5-2.5000A ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=001B []100=C0=D第2章 理论分析计算系统的性能2.1稳定性分析方法与结论稳定性是控制系统能否正常工作的前提条件:系统的稳定性与系统的结构和参数有关，与外界初始条件无关，与外界扰动大小无关；非线性系统的稳定性与系统的结构和参数有关，与外界初始条件有关，与外界扰动大小有关。
现代控制技术实习报告
一、实习背景随着科技的不断发展，现代控制技术在工业、农业、医疗、交通等领域得到了广泛应用。
为了提高我们的实际操作能力，深化理论知识，拓宽视野，我院特组织了一次现代控制技术实习活动。
本次实习历时两周，我们先后参观了多家企业，亲身感受了现代控制技术的实际应用。
二、实习目的1. 了解现代控制技术的基本原理和在实际生产中的应用；2. 提高我们的实际操作能力，培养团队协作精神；3. 加深对专业知识的理解，为今后的工作奠定基础。
三、实习内容1. 实习单位及项目本次实习，我们先后参观了以下单位及项目：（1）XX钢铁有限公司：参观自动化生产线，了解自动化控制技术在钢铁生产中的应用；（2）XX电力有限公司：参观发电厂，了解电力系统中的自动控制技术；（3）XX汽车制造厂：参观生产线，了解汽车制造过程中的控制技术；（4）XX医疗设备公司：参观医疗设备生产线，了解现代控制技术在医疗设备中的应用。
2. 实习过程（1）XX钢铁有限公司在XX钢铁有限公司，我们参观了自动化生产线。
通过参观，我们了解到自动化生产线主要由PLC（可编程逻辑控制器）、传感器、执行器等组成。
PLC作为控制核心，负责对整个生产线进行实时监控和调整。
传感器负责采集生产线上的各种数据，如温度、压力、流量等，将数据传输给PLC进行处理。
执行器则根据PLC的指令，对生产线上的设备进行控制。
（2）XX电力有限公司在XX电力有限公司，我们参观了发电厂。
发电厂主要采用自动控制系统对发电机组进行监控和控制。
我们了解到，自动控制系统主要由SCADA（监控与数据采集系统）和PLC组成。
SCADA系统负责实时采集发电机组的数据，如发电量、电压、频率等，并将数据传输给控制室。
PLC根据SCADA系统提供的数据，对发电机组进行控制，确保发电机组安全稳定运行。
（3）XX汽车制造厂在XX汽车制造厂，我们参观了生产线。
汽车制造过程中的控制技术主要包括焊接、喷涂、装配等环节。
我们了解到，这些环节主要采用机器人、自动化生产线等设备进行。
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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现代过程控制课程实验报告实验名称1.单容水箱对象特性测试2.双容水箱特性的测试3.上水箱液位PID整定实验4.串接双容水箱液位PID整定实验5.锅炉内胆水温PID控制实验6.水箱液位串级控制系统学院班级学号姓名任课教师学期实验一 单容水箱特性的测试一、实验目的1.掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，并记录相应液位的响应曲线。
2.根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T 和传递函数。
二、实验设备1.THJ-2型高级过程控制系统实验装置2.计算机及相关软件3.万用电表一只三、实验原理1-1 单容水箱特性测试结构图图1-1 单容水箱特性测试结构图由图1-1知，对象的被控制量为水箱的液位H ，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q 1，手动阀V 1和V 2的开度都为定值，Q 2为水箱中流出的流量。
根据物料平衡关系，在平衡状态时02010=-Q Q (1)动态时，则有12dV Q Q dt-= (2)式中 V 为水箱的贮水容积，dV dt为水贮存量的变化率，它与H 的关系为：dV Adh =，即dV dh A dtdt= (3)A 为水箱的底面积。
由上式得12dh Q Q Adt-= (4)基于SR hQ =2，s R 为阀V 2 的液阻，则上式可改写为 1s h dh Q A R dt-= 即1sdhAR h KQ dt+= 或写作1()()1H s KQ s TS =+ (5)式中s AR T =，它与水箱的底积A 和V 2的s R 有关；K=s R 。
式（5）就是单容水箱的传递函数。
若令01()R Q s S=则式（5）可改为00()11R R KR K T H s K S S S S T T=⨯=-++对上式取拉氏反变换得0()(1)h t KR e τ-=- (6)当t →∞时，0()h KR ∞=，因而有0()/K h R =∞=输出稳态值/阶跃输入 当t=T 时，则有100()(1)0.6320.632()h T KR e KR h -=-==∞式(6)表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图 1-2 所示。
图1-2 单容水箱的单调上升指数曲线当由实验求得图1-2 所示的阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的 63%所对应的时间，就是水箱的时间常数 T 。
该时间常数 T 也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数 T ，由响应曲线求得K 和T 后，就能求得单容水箱的传递函数。
如果对象的阶跃响应曲线为图 1-3，则在此曲线的拐点 D 处作一切线，它与时间轴交于 B 点，与响应稳态值的渐近线交于 A 点。
图中 OB 即为对象的滞后时间τ，BC 为对象的时间常数 T ，所得的传递函数为:()1sKe H s TSτ-=+图 1-3 单容水箱的阶跃响应曲线四、实验内容与步骤1．按图 1-1 接好实验线路，并把阀V1和V2开至某一开度，且使V1的开度大于V2 的开度。
2．接通总电源和相关的仪表电源，并启动磁力驱动泵。
3．把调节器设置于手动操作位置，通过调节器增/减的操作改变其输出量的大小，使水箱的液位处于某一平衡位置。
4．手动操作调节器，使其输出有一个正的（或负的）阶跃增量的变化（此增量不宜过大，以免水箱中水溢出），于是水箱的液位便离开原平衡状态，经过一定的调节时间后，水箱的液位进入新的平衡状态，如图 1-4 所示。
图 1-4 单容箱特性响应曲线5．启动计算机记下水箱液位的历史曲线和阶跃响应曲线。
6．把由实验曲线所得的结果填入表中。
五、实验报告要求1. 掌握单容水箱阶跃响应测试方法，并记录相应液位的响应曲线。
2. 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T和传递函数。
曲线如下所示：负阶跃时截图：初始时：液位为84.83，时间为5:24:26达到稳态值的63%时：液位为60.82，时间为5:25:48，T=82稳态时：液位为45.74，时间为5:29:01正阶跃时截图：初始时：液位为53.28，时间为5:16:46达到稳态值63%时：液位为70.42，时间为5:18:03 ，T=77稳态时：液位为80.68，时间为5:19:53正向输入到达平衡状态时传递函数为：1()3()1771H s K Q s TS S ==++ 当为负向输入时其传递函数为：1()3()1821H s K Q s TS S ==++ 由实验曲线所得的结果如下表所示：六、 思考题1.在输入阶跃信号前，为什么过程必须处于平衡状态？如果在系统趋于稳定的过程中改变阶跃信号的大小，会出现怎样的现象？ 答：平衡状态是稳定的，如果不处于平衡状态，就不能计算T, τ，将无法确定其传递函数。
如果在系统趋于稳定的过程中改变阶跃信号的大小，系统将不能趋于原来的稳定状态，将会根据改变后的阶跃信号，趋于稳定或者不稳定。
2.在本实验中阶跃信号是否可以任意选取，为什么？答：阶跃信号不能任意选取，因为阶跃信号取得太大，会影响系统正常运行；取得太小，会因读数误差和其他随机干扰影响对象特性参数的精确度。
一般取正常输入信号的5%～15%。
3.水箱液位达到动态平衡后，改变气动调节阀开度使进水量发生改变，而出水阀开度没有变化，液位为什么能够再次达到动态平衡？答：系统的自平衡能力强，对于同样大小的进水阀开度变化，也位置改变一点就能恢复平衡。
PID参数的调节就是为了使系统能够动态平衡。
实验二双容水箱特性的测试一、实验目的1. 熟悉双容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。
2. 根据由实际测得双容液位的阶跃响应曲线，确定其传递函数。
二、实验设备1．THJ-2型高级过程控制系统装置2．计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、接口线1根3．万用表1只三、实验原理图2-5 双容水箱对象特性结构图由图2-5 所示，被控对象由两个水箱相串联连接，由于有两个贮水的容积，故称其为双容对象。
被控制量是下水箱的液位，当输入量有一阶跃增量变化时，两水箱的液位变化曲线如图2-6 所示。
由图2-6 可见，上水箱液位的响应曲线为一单调的指数函数（图2-6 (a)），而下水箱液位的响应曲线则呈S 形状（图2-6 (b)）。
显然，多了一个水箱，液位响应就更加滞后。
由S 形曲线的拐点P 处作一切线，它与时间轴的交点为A，OA 则表示了对象响应的滞后时间。
至于双容对象两个惯性环节的时间常数可按下述方法来确定。
图2-6 双容液位阶跃响应曲线图2-7 双容液位阶跃响应曲线在图2-7 所示的阶跃响应曲线上求取：(1) h2（t）|t=t1=0.4 h2(∞)时曲线上的点B和对应的时间t1；(2)h2（t）|t=t2=0.8 h2(∞)时曲线上的点C和对应的时间t2。
然后，利用下面的近似公式计算式由上述两式中解出T1和T2，于是求得双容（二阶）对象的传递函数为四、实验内容与步骤1、接通总电源和相关仪表的电源。
2、接好实验线路，打开手动阀，并使它们的开度满足下列关系：V1的开度>V2的开度>V3的开度3、把调节器设置于手动位置，按调节器的增/减，改变其手动输出值，使下水箱的液位处于某一平衡位置（一般为水箱的中间位置）。
4、按调节器的增/减按钮，突增/减调节器的手动输出量，使下水箱的液位由原平衡状态开始变化，经过一定的调节时间后，液位h2进入另一个平衡状态。
5、上述实验用计算机实时记录h2的历史曲线和在阶跃扰动后的响应曲线。
实验数据记录1.初始值：输出值为50%稳态时：液位为107.6mm，流速为541L/h,时间为5:46:262.负阶跃25%时：给一个正的负阶跃增量(25%)，输出值为25% (1)初始时：测量值为107.6mm，时间为5:46:26(2) 0.4h(∞)时：液位为69mm，时间为5:49:25(3) 0.8h(∞)时：液位为94.79mm，时间为5:47:47(4) 稳态时：液位为45.41mm，流速为432L/h,时间为5:52:163.正阶跃25%时：此时输出值为50%。
(1) 初始时：测量值为39.31mm，时间为5:55:59(2) 0.4h(∞)时：测量值为70.27mm，时间为5:58:41(3) 0.8h(∞)时：测量值为95.2mm，时间为6:00:57(4) 稳态时：测量值为106.6mm，时间为6:02:58，流速为541L/h 将实验数据记录于下表中：阶段初始值(mm)输出值(%)稳态值(mm)0.4h(∞)(mm)0.8h(∞)(mm)流速(L/h) 值时间值值时间值时间值时间调整\ \ 50% 107.6 5:46:26 \ \ \ \ 541 负阶跃107.6 5:46:26 25% 45.41 5:52:16 69 5:49:25 94.79 5:47:47 432 正阶跃39.31 5:55:59 50% 106.6 6:02:58 70.27 5:58:41 95.2 6:00:57 5416、把由计算机作用的实验曲线进行分析处理，并把结果填表入下表中：参数值测量值液位hK T1T2τ正向输入0.62 负向输入0.57 平均值0.595五、实验报告要求：根据实验测得的数据和曲线，分析并计算出双容水箱液位对象时的参数和传递函数。
六、思考题：1.做本实验时，为什么不能任意改变两个出水阀门开度的大小？答：当阀门改变时，水箱出水速度改变，影响水箱的时间常数，从而打破了原来系统的平衡，需要重新调整控制器参数以达到新的平衡。
2.引起双容对象滞后的因素主要有哪些？答：双容水箱的控制是通过控制上水箱的平衡已达到上水箱稳定的出水量与中水箱出水量的动态平衡，引起双容水箱滞后的因素主要有传感器的灵敏度，气动阀门的灵敏度以及水泵的响应快慢等因素。
3.试分析双容水箱对象特性与单容水箱对象特性有什么区别？答：单容水箱的阶跃响应曲线是呈指数增长的，没有滞后环节；双容水箱的阶跃响应曲线呈S型，有明显的滞后环节。
实验三上水箱液位PID整定实验二、实验目的1．了解单闭环液位控制系统的结构与组成。
2．掌握单闭环液位控制系统调节器参数的整定。
3．研究调节器相关参数的变化对系统动态性能的影响。
二、实验设备1．THJ-2型高级过程控制系统装置2．计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、接口线1根3．万用表1只三、实验原理本实验系统的被控对象为上水箱，其液位高度作为系统的被控制图3-1 上水箱液位定值控制结构图量。
系统的给定信号为一定值，它要求被控制量上水箱的液位在稳态时等于给定值。
由反馈控制的原理可知，应把上水箱的液位经传感器检测后的信号作为反馈信号。
图3-1为本实验系统的结构图，图3-2为控制系统的方框图。