现控实验报告

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。

控制原理实验报告控制原理实验报告引言：控制原理是现代工程领域中非常重要的一个学科，它研究如何通过对系统的输入进行调节，使系统能够按照预定的要求进行运行。

在本次实验中，我们将通过实际操作和数据分析，探索控制原理的基本概念和应用。

一、实验目的本次实验的目的是通过搭建一个简单的控制系统，了解控制原理的基本概念和应用。

具体目标包括：1. 理解控制系统的基本组成和工作原理；2. 学会使用传感器和执行器进行信号采集和输出；3. 掌握PID控制器的调节方法和参数优化。

二、实验装置和方法1. 实验装置：本次实验所使用的装置包括传感器、执行器、控制器和计算机等。

传感器用于采集系统的反馈信号，执行器用于输出控制信号，控制器则负责对输入信号进行处理和调节。

2. 实验方法：首先，我们需要搭建一个简单的控制系统，包括传感器、执行器和控制器。

然后，通过调节控制器的参数，使系统能够按照预定的要求进行运行。

最后，通过实验数据的采集和分析，对控制系统的性能进行评估和优化。

三、实验结果与分析在实验过程中，我们采集了系统的反馈信号和控制信号，并进行了数据分析和性能评估。

通过对实验数据的分析，我们可以得出以下结论：1. 控制器的参数对系统的性能有着重要的影响。

在实验中，我们通过调节控制器的参数，发现不同的参数设置会导致系统的响应速度、稳定性和抗干扰能力等方面的变化。

2. PID控制器是一种常用的控制器类型，它通过比例、积分和微分三个部分对输入信号进行调节。

在实验中，我们对PID控制器的参数进行了优化，使系统的性能得到了进一步提升。

3. 实际控制系统中，还存在着各种干扰和噪声。

在实验中，我们通过添加干扰信号和噪声信号，测试了系统的抗干扰和抗噪声能力。

通过对实验数据的分析，我们可以评估系统的鲁棒性和稳定性。

四、实验总结通过本次实验，我们深入了解了控制原理的基本概念和应用。

通过实际操作和数据分析，我们对控制系统的组成和工作原理有了更深入的理解。

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。

现代控制理论在工程领域中扮演着至关重要的角色，通过实验可以帮助我们更好地理解和应用这些理论。

进行现代控制理论的实验可以让我们验证理论模型的准确性，调节控制器参数以实现系统稳定性和性能要求，并且深入理解各种控制策略的优缺点。

以下是一些可能的实验体会：
1. 系统响应特性：通过实验观察不同控制器对系统的响应特性的影响，包括超调量、调节时间、稳态误差等。

比较不同控制器（如P、PI、PD、PID控制器）的性能表现，理解各自的优劣。

2. 鲁棒性分析：实验中可以考虑引入干扰或参数变化，观察系统的鲁棒性能。

了解控制系统对外界干扰的抵抗能力，以及参数变化对系统性能的影响。

3. 系统优化：通过调节控制器参数，优化系统的性能指标。

比如，通过自整定控制器（Self-Tuning Controller）实现对系统动态性能的在线调节和优化。

4. 状态空间分析：利用状态空间方法建立系统模型，实现状态反馈控制。

通过实验验证状态反馈控制对系统性能的改善效果。

5. 非线性控制：尝试应用现代非线性控制理论，如模糊控制、神经
网络控制等，对非线性系统进行控制。

观察非线性控制方法相比传统控制方法的优势。

通过实验，可以更深入地理解现代控制理论的原理和方法，掌握控制系统设计和调试的技巧，提升工程实践能力。

同时，实验也有助于培养工程师的创新思维和问题解决能力。

一、实验目的1. 理解控制理论的基本概念，掌握控制系统的基本组成和分类。

2. 掌握控制系统稳定性分析的方法，如奈奎斯特稳定判据、劳斯稳定判据等。

3. 学会应用MATLAB软件进行控制系统仿真，分析系统的性能指标。

4. 培养动手能力和实际操作技能，提高对控制理论的理解和应用能力。

二、实验原理控制理论是研究系统在输入信号作用下，输出信号与期望信号之间关系的一门学科。

控制系统一般由控制器、被控对象和反馈环节组成。

本实验主要研究线性定常系统的稳定性分析和性能指标分析。

三、实验器材1. MATLAB软件2. 控制系统仿真模块3. 控制系统仿真数据四、实验步骤1. 稳定性分析（1）根据实验要求，设计一个控制系统，并绘制系统的开环传递函数。

（2）利用奈奎斯特稳定判据，判断系统的稳定性。

具体步骤如下：①绘制系统的开环传递函数的幅相特性曲线。

②计算系统的开环增益K和相位裕度。

③在复平面上绘制K的轨迹，判断系统是否稳定。

（3）利用劳斯稳定判据，判断系统的稳定性。

具体步骤如下：①将系统的开环传递函数写成标准形式。

②根据劳斯稳定判据，计算系统的特征根。

③判断系统的稳定性。

2. 性能指标分析（1）根据实验要求，设计一个控制系统，并绘制系统的闭环传递函数。

（2）利用MATLAB软件进行控制系统仿真，获取系统的性能指标。

（3）分析系统的性能指标，如上升时间、超调量、稳态误差等。

3. 结果分析（1）根据奈奎斯特稳定判据和劳斯稳定判据，判断系统的稳定性。

（2）分析系统的性能指标，如上升时间、超调量、稳态误差等。

五、实验结果与分析1. 稳定性分析根据奈奎斯特稳定判据和劳斯稳定判据，本实验所设计的控制系统均为稳定系统。

2. 性能指标分析（1）上升时间：系统从初始状态到达期望状态所需的时间。

（2）超调量：系统输出信号超过期望信号的最大幅度。

（3）稳态误差：系统输出信号在稳态时与期望信号之间的差值。

根据实验结果，本实验所设计的控制系统具有较快的上升时间、较小的超调量和较小的稳态误差，满足实验要求。

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。

控制测量实习报告一、引言控制测量是自动化领域中非常重要的一门学科，其通过采集、传输和处理控制系统的信号，实现对系统的测量和控制。

本实习报告旨在总结与记录在控制测量实习中所学到的知识和经验。

二、实习目的本次控制测量实习的目的是使我们在实践中理解和掌握控制测量的基本原理和方法，并能够独立完成相关实验和报告撰写。

三、实习内容1. 仪器的使用在实习中，我们学习了使用各种仪器设备进行测量和控制实验。

其中包括： - 示波器：用于观察和分析信号的变化情况； - 信号发生器：用于产生特定的信号以供实验使用； - 多用电表：用于测量电流、电压和电阻等参数； - 电子天平：用于测量物体的质量； - 温度计：用于测量温度。

在实习中，我们熟练掌握了这些仪器的操作方法，实现了对实验条件的准备和监测。

2. 传感器与执行器传感器是控制测量中的核心设备，它能够将非电信号转化为电信号，以便进行后续的处理和控制。

在实习中，我们学习了各种传感器的原理和使用方法，包括温度传感器、压力传感器和光电传感器等。

执行器则是实现控制的关键设备，它能够将电信号转化为机械能，以产生特定的动作。

在实习中，我们学习了电磁阀和电动机等执行器的原理和控制方法。

3. 控制系统实验在实习中，我们通过搭建不同的控制系统，进行了一系列的实验。

我们学习了比例控制、积分控制和微分控制等基本控制方法，并进行了相关的实验验证。

同时，我们还学习了PID控制器的原理和使用方法，并进行了PID控制系统的实验。

4. 实验数据分析与报告撰写在实习过程中，我们对实验数据进行了仔细的记录和分析。

通过对实验数据的处理，我们能够得出一些结论和经验，并能够撰写出符合要求的实验报告。

四、实习总结通过此次控制测量实习，我对控制测量的基本原理和方法有了更深入的理解。

我学会了使用各种仪器设备进行测量和控制实验，熟练掌握了传感器和执行器的使用方法。

我还学习了不同的控制方法，并能够通过实验验证和分析，得出结论和经验。

自动控制原理实验报告分析1. 引言自动控制原理是现代工程中非常重要的一门学科。

它研究如何设计和分析能够实现自动化控制的系统，以满足特定的性能要求。

通过实验，我们可以验证控制系统的性能，并深入理解自动控制原理的基本概念和工作原理。

本文将对自动控制原理实验进行详细分析和总结。

2. 实验目的本次实验的目的是研究PID（比例-积分-微分）控制器在温度控制系统中的应用。

通过调节PID控制器的参数，我们可以观察到不同控制参数对系统稳定性、响应速度和超调量等性能指标的影响。

3. 实验步骤本次实验使用了一个温度控制系统。

我们需要调节PID控制器的三个参数（比例增益、积分时间和微分时间）来实现温度的稳定控制。

具体的实验步骤如下：3.1 准备工作在进行实验之前，我们需要确保实验所需的设备和软件已经准备就绪。

这包括温度传感器、温度控制器、计算机等。

3.2 连接系统将温度传感器连接到温度控制器，并将温度控制器连接到计算机。

确保连接正确并稳定。

3.3 设置初始参数在实验开始前，我们需要设置PID控制器的初始参数。

一般情况下，我们可以先将比例增益和积分时间设置为较小的值，微分时间设置为0。

3.4 开始实验启动温度控制系统，并记录温度的变化。

观察温度的稳定性、响应速度和超调量等指标，并记录下来。

3.5 调节参数根据实验结果，我们可以调节PID控制器的参数来改善系统的性能。

通过增大比例增益可以提高系统的响应速度，但可能会导致较大的超调量。

增大积分时间可以减小超调量，但可能会降低系统的稳定性。

调节微分时间可以改善系统的稳定性和响应速度。

3.6 重复实验根据实验结果，我们可以不断调节PID控制器的参数，并进行多次实验，以得到更好的控制效果。

4. 实验结果分析根据实验的记录数据，我们可以对实验结果进行分析。

通过观察温度的变化曲线以及性能指标的大小，我们可以得出如下结论：•较大的比例增益可以提高系统的响应速度，但会导致较大的超调量。

•较大的积分时间可以减小超调量，但会降低系统的稳定性。

一、实验目的1. 理解新型控制原理的基本概念和原理；2. 掌握新型控制方法在控制系统中的应用；3. 分析新型控制方法与传统控制方法的优缺点；4. 提高实验操作能力和数据分析能力。

二、实验背景随着现代工业和科学技术的快速发展，传统控制方法在处理复杂、非线性系统时逐渐暴露出不足。

近年来，新型控制原理逐渐成为研究热点，如自适应控制、模糊控制、神经网络控制等。

本实验旨在通过实际操作，让学生了解和掌握新型控制原理在控制系统中的应用。

三、实验原理1. 自适应控制：自适应控制是一种根据系统动态特性自动调整控制器参数的控制方法。

它能够使系统在未知或时变的动态环境中保持稳定性和性能。

2. 模糊控制：模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法。

它将控制过程抽象为模糊集合，通过模糊推理实现对系统的控制。

3. 神经网络控制：神经网络控制是一种基于人工神经网络的控制方法。

它通过训练神经网络，使神经网络具有控制系统的功能。

四、实验内容1. 自适应控制实验：设计一个简单的自适应控制系统，实现对未知或时变系统的控制。

实验过程中，观察系统响应，分析自适应控制的效果。

2. 模糊控制实验：设计一个模糊控制系统，实现对非线性系统的控制。

实验过程中，调整模糊控制器的参数，观察系统响应，分析模糊控制的效果。

3. 神经网络控制实验：设计一个神经网络控制系统，实现对非线性系统的控制。

实验过程中，训练神经网络，调整网络参数，观察系统响应，分析神经网络控制的效果。

五、实验步骤1. 自适应控制实验：（1）搭建实验平台，包括控制器、被控对象、传感器等。

（2）编写自适应控制算法程序，实现自适应控制功能。

（3）运行实验程序，观察系统响应，分析自适应控制的效果。

2. 模糊控制实验：（1）搭建实验平台，包括控制器、被控对象、传感器等。

（2）设计模糊控制器，确定模糊规则和参数。

（3）编写模糊控制算法程序，实现模糊控制功能。

（4）运行实验程序，调整模糊控制器参数，观察系统响应，分析模糊控制的效果。

疫情防控工作实验报告疫情防控工作实验报告为了进一步加强疫情防控工作，我校组织了一次实验，旨在验证科学防护措施的有效性。

本报告将对实验的过程、结果和结论进行分析和总结。

实验过程：1.实验场地准备：我们选择了一个封闭空间，一排排相隔较远的桌子和椅子摆放整齐，模拟了传染病防控工作中的办公环境。

2.实验人员准备：10名志愿者参与了实验，每位志愿者均佩戴口罩，并用酒精消毒了双手。

其中，5名志愿者被标记为“感染者”，另外5名志愿者被标记为“健康者”。

3.实验内容：所有志愿者均随机分配任务，健康者需要与感染者进行短暂的互动，如握手、对话等。

实验进行3次，每次实验时间为5分钟。

4.实验数据记录：实验期间，观察者记录下每位志愿者与其他人员接触的次数以及接触时间。

实验结果：在实验的过程中，感染者与健康者的互动次数和时间被明确记录下来。

我们发现，在未采取任何防护措施的情况下，感染者与健康者的接触频率高，共有30次接触，接触时间达到了25分钟；而在佩戴口罩和勤洗手的情况下，接触频率和接触时间都有明显下降。

佩戴口罩后，接触频率降至15次，接触时间降至12分钟。

结论：通过本次实验，我们可以得出以下结论：1.佩戴口罩和勤洗手是有效的防疫措施。

佩戴口罩可以有效减少病毒的传播，保护自己和他人的安全；勤洗手可以清除手上的细菌和病毒，预防感染的发生。

2.保持社交距离也是重要的防控措施。

将桌椅摆放相对较远，可以减少人员之间的亲密接触，降低感染风险。

3.科学防控措施需要得到全面贯彻。

只有所有人共同遵守防疫规定，并且严格落实措施，才能最大程度地减少病毒传播。

实验仅具有局限性，并不能完全模拟疫情防控工作的复杂性。

但本次实验结果对我们加强疫情防控工作具有重要意义，为我们提供了科学依据和指导。

实验需要进一步完善和放大，以验证更多防疫措施的有效性，为疫情防控提供更有力的支持。

控制测量实习报告模板一、实习目的与意义实习目的：本次实习是为了让学生了解控制测量相关知识，并具备实际操作能力，培养学生的实验能力和团队合作精神。

实习意义：控制测量是现代工程领域的重要技术之一，是工程开发、质量控制及维护的基础。

通过本次实习，学生将了解控制测量的基本原理、方法和实验操作，掌握实验室安全操作技能，提升实验能力。

二、实验器材与操作流程1. 实验器材本次实验的器材如下：•控制测量仪器（包括数字万用表、示波器等）•学生个人实验箱（包括电路板、电线、电源等）•实验手册2. 实验操作流程实验操作流程如下：1.按照实验手册要求连接实验电路。

2.打开控制测量仪器，进行基础测量操作。

3.根据实验要求进行典型实验操作，记录相关实验数据。

4.整理实验数据，分析实验结果，并完成实验报告。

三、实验内容与结果分析1. 实验内容本次实验主要包括以下内容：1.基础测量实验2.稳态响应实验3.传递函数实验4.模拟控制实验2. 实验结果分析在本次实验中，学生通过实际操作和数据记录，得出了以下结论：•实验结果表明，控制测量仪器能够准确测量电路的电压、电流等基本参数。

•在稳态响应实验中，实验现象与理论模型相符，实验结果与理论计算结果基本一致。

•传递函数实验中，实验结果反映了电路系统的传递特性，实验数据具有一定的稳定性和可重复性。

•在模拟控制实验中，实验结果反映了控制系统的响应特性，数据分析表明，控制系统能够实现对电路的精确控制。

四、实验心得体会通过本次实习，学生不仅学习了控制测量相关原理和实验操作技能，更加提升了自己的实验能力和团队合作精神。

在实习中，我们遇到了许多问题，如电路连接不当、实验数据误差等，但我们积极解决问题，准确记录实验数据，最终得出了可靠的实验结论。

通过这次实习，我深刻认识到实验是理论教学的重要补充，学生应该注重实验细节，提高实验操作技能，不断探索实验方法，为将来工程实践打下坚实基础。

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)。

自动控制原理实验报告摘要：本实验通过对自动控制原理的研究与实践，旨在深入了解自动控制系统的基本原理，以及相关的实验应用。

通过实验的设计与实施，我们在实践中学习了控制系统的结构、传递函数、稳定性、稳态误差等内容，并通过使用PID控制器对物理实验系统进行控制，从而对自动控制系统有了更加深入的理解。

引言：自动控制原理是现代工程控制领域的基础理论之一，在工业、交通、通信等领域都有广泛的应用。

自动控制原理实验是培养学生工程实践能力和动手能力的重要实践环节。

本实验通过对自动控制原理相关实验的设计与实践，让我们深入了解了自动控制系统的基本原理，并通过实际操作对理论知识进行了实际应用。

实验目的：1. 了解自动控制系统的基本结构和原理；2. 学习如何建立传递函数，并分析系统的稳定性；3. 熟悉PID控制器的参数调节方法；4. 掌握如何利用PID控制器对物理实验系统进行控制。

实验原理与方法：1. 实验装置搭建：我们搭建了一个简单的电路系统，包括输入信号源、控制器、执行器和输出传感器。

通过控制器对执行器的控制，实现对输出信号的调节。

2. 传递函数建立：使用系统辨识方法，通过对输入和输出信号的采集，建立系统的传递函数。

经过数据处理和分析，得到系统的传递函数表达式。

3. 稳定性分析：对系统的传递函数进行稳定性分析，包括零极点分析和Nyquist稳定性判据。

根据分析结果，判断系统的稳定性。

4. PID参数调节：根据传递函数和系统要求，使用PID控制器对系统进行调节。

根据实际情况进行参数调节，使得系统的响应达到要求。

实验结果与讨论：我们通过以上方法，成功地建立了控制系统的传递函数，并进行了稳定性分析。

通过对PID控制器参数的调节，使系统的稳态误差达到了要求。

通过实验，我们深刻理解了自动控制系统的基本原理，并学会了如何应用具体方法进行实际操作。

实验结论：通过自动控制原理的实验研究，我们对控制系统的基本原理有了更加深入的了解。

实践中，我们通过搭建实验装置、建立传递函数、进行稳定性分析和PID参数调节等实验操作，使得理论知识得到了更加全面的应用和巩固。

计算机控制技术实验报告实验名称：计算机控制技术实验实验目的：通过学习计算机控制技术的基本原理和方法，掌握计算机控制技术的应用。

实验原理：计算机控制技术是一种应用于现代工业自动化控制中的控制技术。

计算机控制系统由计算机硬件和软件组成，通过采集、处理和输出各种信号来完成对被控对象的控制。

实验仪器：计算机、控制器、传感器、被控对象等。

实验步骤：1.确定实验目标和实验要求。

2.研究被控对象的性质和特点，设计控制方案。

3.配置硬件设备，连接传感器、控制器和计算机。

4.编写控制程序，设置控制算法，实现被控对象的控制。

5.进行实验操作，观察并记录实验结果。

6.对实验结果进行分析和评价，总结实验经验。

实验结果和分析：在实验中，我们选择了一个温度控制系统作为被控对象。

通过传感器采集环境温度，并通过控制器将控制信号发送给加热器，调节加热器的功率来控制环境温度。

通过实验操作，我们观察了不同环境温度下的控制效果。

实验结果表明，在控制系统正常工作时，环境温度可以稳定在设定温度附近，并具有很好的控制精度。

此外，我们还对控制系统进行了稳定性和响应速度等性能指标的评价。

实验结果显示，控制系统具有较好的稳定性和快速响应的特点，可以满足实际工业生产中对温度控制的要求。

实验总结：通过本次实验，我们深入学习了计算机控制技术的基本原理和方法，并通过实践掌握了实验操作的技巧。

实验结果表明，计算机控制技术在工业生产中具有广泛的应用前景。

在今后的学习中，我们将进一步深入研究计算机控制技术的进一步发展，并不断提高实际应用能力，为工业自动化控制的发展贡献自己的力量。

一典型系统的时域响应和稳定性分析一、实验目的1．研究二阶系统的特征参量（ξ、ωn）对过渡过程的影响。

2．研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。

3．熟悉Routh判据，用Routh判据对三阶系统进行稳定性分析。

二、实验原理及内容1．典型的二阶系统稳定性分析(1) 结构框图：见图1图1(2) 对应的模拟电路图图2(3) 理论分析导出系统开环传递函数，开环增益。

系统开环传递函数为：G(S) = =开环增益为：K=K1/K0(4) 实验内容先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。

在此实验中(图2)，s 1T 0=， s T 2.01=，R200K 1= R200K =⇒系统闭环传递函数为：KS S KS S S W n n n 5552)(2222++=++=ωζωω 其中自然振荡角频率：R1010T K 1n ==ω；阻尼比：40R1025n =ω=ζ2．典型的三阶系统稳定性分析 (1) 结构框图图3(2) 模拟电路图图4(3) 理论分析系统的开环传函为:)1S 5.0)(1S 1.0(S R 500)S (H )S (G ++=(其中R 500K =)，系统的特征方程为:0K 20S 20S 12S 0)S (H )S (G 123=+++⇒=+。

(4) 实验内容从Routh 判据出发，为了保证系统稳定，K 和R 如何取值，可使系统稳定，系统临界稳定，系统不稳定三、 实验现象分析1．典型二阶系统瞬态性能指标表1其中21e Mp ζ-ζπ-=，2np 1t ζ-ωπ=，n s 4t ζω=，21p e 1)t (C ζ-ζπ-+=2．典型三阶系统在不同开环增益下的响应情况由Routh判据得：S3 1 20S212 20KS10S020K 0要使系统稳定则第一列应均为正数，所以得得0<K<12即R>41.7KΩ时，系统稳定K=12 即R=41.7KΩ时，系统临界稳定K>12即R<41.7KΩ时，系统不稳定二线性系统的根轨迹分析1.绘制图3系统的根轨迹由开环传递函数分母多项式得最高次为3，所以根轨迹条数为3。

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。

pid控制实验报告PID控制实验报告。

一、实验目的。

本实验旨在通过对PID控制器的调试和实验验证，掌握PID控制器的工作原理和调节方法，加深对控制原理的理解，提高实际控制系统的设计和调试能力。

二、实验原理。

PID控制器是一种常用的控制器，它由比例（P）、积分（I）、微分（D）三个部分组成。

在实际控制系统中，PID控制器通过对控制对象的测量值和设定值进行比较，产生误差信号，然后根据比例、积分和微分三个部分的参数进行计算，输出控制信号，使控制对象的输出值逼近设定值，实现控制目标。

三、实验装置。

本实验采用了PLC控制器和温度传感器作为控制系统，通过对温度传感器的测量值进行反馈控制，调节加热器的功率输出，控制温度在设定值附近波动。

四、实验步骤。

1. 首先，设置PID控制器的比例、积分和微分参数为初始值，将控制系统接通，使加热器开始工作。

2. 然后，通过监测温度传感器的测量值，观察加热器的工作状态和温度的变化情况。

3. 接着，根据实际情况，逐步调节PID控制器的参数，使控制系统的响应速度和稳定性达到最佳状态。

4. 最后，记录和分析不同参数下控制系统的响应曲线，比较不同参数对控制系统性能的影响，总结调节经验。

五、实验结果与分析。

经过一系列的实验调节，我们得到了不同参数下的控制系统响应曲线。

通过对比分析，我们发现：1. 比例参数的增大会加快系统的响应速度，但会引起超调和振荡现象；2. 积分参数的增大可以减小稳态误差，但会增加超调和振荡的幅度；3. 微分参数的增大可以减小超调和振荡，但会降低系统的响应速度。

六、实验结论。

通过本次实验，我们深入理解了PID控制器的工作原理和调节方法，掌握了控制系统的设计和调试技巧。

在实际工程中，我们可以根据实际需求，通过调节PID 控制器的参数，使控制系统达到最佳的性能指标。

七、实验心得。

通过本次实验，我们不仅学习了PID控制器的基本原理和调节方法，还提高了实际控制系统的设计和调试能力。