《现代控制理论实验》一．实验目的1、掌握组态王软件开发工程的步骤2、学会设备通讯的连接方法3、开发一个计算机-智能仪表控制系统的单回路控制系统4、绘制一条温度控制曲线二．实验设备计算机，仪表结构实验控制箱，电加热炉，组态王软件三．实验内容与实验步骤第一步：建立一个新工程在工程浏览器中双击“新建工程”图标，建立一个新工程，进入“组态王”工程浏览器。
第二步：设备连接本次实验硬件设备选用理化公司生产的CD901数字温度控制器。
点击工程浏览器树形菜单下面的----设备----COM1---右面的新建图标，选择“智能仪表-理化-CD901-串口”，定义地址为10或11（右侧回路地址为0010，左侧回路地址为0011）。
双击工程浏览器左侧树形菜单中的“COM1”，对智能仪表CD901进行通讯配置：波特率：9600 数据位：8奇偶校验：无停止位： 1通讯超时：3000 豪秒通讯方式：RS232（将通讯配置截图粘贴于此处）第三步：图形界面的设计双击我们设计的画面或新建一个画面，进入“组态王”开发系统，这时开始设计界面。
界面应包含一条温度曲线用以采集并绘出实时温度，两个按钮用以启动和停止程序，两处字符显示用以表示给定温度值和实时温度值，另外需在界面显示编程人的班级、学号、姓名等信息。
用到的控件应包括：一个“X-Y轴曲线”控件，2个矩形、2个按钮，以及必要的文本。
如图所示：（将设计界面截图粘贴于此处）第四步：构造数据库在这个工程中需要定义6个变量，变量属性如下表：其中PV 表示温度的采样值，SV表示温度的给定值，AUTO_TUNING表示自动切换值，H_P表示加热比例带，on 用来设置开始标志，runtime表示当前时间。
第五步：动画连接文本：双击SV对应的文本“sv”，在“模拟量输出”和“模拟量输入”选项卡的“变量名”处选择\\本站点\SV，“模拟量输出”选项的整数位、小数位分别选择3位、0位，“模拟量输入”选项的最大值、最小值处分别选择300、0；双击PV对应的文本“pv”，在“模拟值输出”选项卡的“变量名”处选择“\\本站点\PV”，“模拟量输出”选项的整数位、小数位分别选择3位、2位。
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。
现代控制理论实验报告课程名称：姓名：学号：专业班级：2016年6月目录实验一系统能控性与能观性分析 (1)实验二典型非线性环节 (3)实验三二阶非线性控制系统的相平面分析法 (10)实验四线性系统的状态反馈及极点配置 (20)实验五控制系统极点的任意配置 (24)实验六具有内部模型的状态反馈控制系统 (31)实验七状态观测器的设计及应用 (35)实验一系统的能控性与能观性分析一、实验设备计算机，MATLAB软件。
二、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。
三、实验原理说明参考教材利用MATLAB判定系统能控性，利用MATLAB判定系统能观测性。
四、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。
五．实验例题验证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与能观性，，2. 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；六、实验心得本实验运用MATLAB进行系统能控性与能观性分析，很直观的看到了结果，加深了自己对能控能观的理解，实验过程很顺利，第一个实验还是比较简单的。
实验二 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。
现代控制理论实验华北电力大学实验报告||实验名称状态空间模型分析课程名称现代控制理论基础||专业班级：自动化1203 学生姓名：孟令虎学号：201209020216 成绩：指导教师：刘鑫屏老师实验日期： 2015.4.24一、实验目的l.加强对现代控制理论相关知识的理解；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、实验仪器与软件 1. MATLAB7.6 环境三、实验内容1、 模型转换例 1.把传递函数模型转化为状态空间模型3248G s =81912s s s s ++++（）。
解：程序如下num=[4 8]; den=[1 8 19 12];[A,B,C,D]=tf2ss(num,den); G=ss(A,B,C,D) 运行结果： A =-8 -19 -12 1 0 0 0 1 0 B = 1 0 0 C =0 4 8 D =0 结果为112233-8 -19 -1211 0 010 1 00x x x x u x x ∙∙∙⎡⎤⎢⎥⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎢⎥⎣⎦，[]1230 4 8x y x x ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦例2.把状态空间模型转化为传递函数模型A=0 1 00 0 1-6 -11 -6⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦B=001⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦C= []2 3 0 D=0。
解：程序如下：clearA=[0 1 0;0 0 1;-6 -11 -6]; B=[0;0;1]; C=[3 2 0]; D=0; iu=1;[num,den] = ss2tf(A,B,C,D,iu); sys=tf(num,den) 运行结果为：Transfer function: 2 s + 3---------------------- s^3 + 6 s^2 + 11 s + 62、 状态方程状态解和输出解例1.单位阶跃输入作用下的状态响应A=0 1 00 0 1-6 -11 -6⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦B=001⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦C=[]2 3 0 D=0。
