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    现代控制理论基础实验报告

    时间：2021-03-21 18:17:13 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人 蒲公英阅读网手机站

    相关热词搜索：理论基础 实验 控制

    现代控制理论基础实验报告 本文关键词：理论基础，实验，控制，报告

    现代控制理论基础实验报告 本文简介：紫金学院计算机系实验报告2010自动化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;

    现代控制理论基础实验报告 本文内容：

    紫金学院计算机系实验报告

    2010

    自动化

    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u能控制iL和uc状态变量的变化，此时，状态是能控的；状态变量iL与uc有耦合关系，输出uc中含有iL的信息，因此对uc的检测能确定iL。即系统能观的。

    反之，当时，电桥中的c点和d点的电位始终相等，

    uc不受输入u的控制，u只能改变iL的大小，故系统不能控；由于输出uc和状态变量iL没有耦合关系，故uc的检测不能确定iL，即系统不能观。

    1.1

    当时

    (10-1)

    y=uc=[01]

    (10-2)

    由上式可简写为

    式中

    由系统能控能观性判据得

    =2

    故系统既能控又能观。

    1.2

    当时，式(10-1)变为

    (10-3)

    y=uc=[0

    1]

    (10-4)

    由系统能控能观性判据得

    =1<2

    <2

    故系统既不能控又不能观，若把式(10-3)展开则有

    (10-5)

    (10-6)

    这是两个独立的方程。第二个方程中的既不受输入的控制，也与状态变量没有任何耦合关系，故电路的状态为不能控。同时输出uc中不含有iL的信息，因此对uc的检测不能确定iL，即系统不能观。

    图10-1系统能控性与能观性实验电路图

    4、实验结论：

    以表格形式记录测得的各项实验数据，并据此分析系统的能控性与能观性。

    R3阻值

    输入电压

    Uab

    Ucd

    1K

    1V

    0.90

    0.18

    2V

    1.68

    0.35

    2K

    1V

    0.91

    0.25

    2V

    1.65

    0.48

    3K

    1V

    0.91

    0.27

    2V

    1.66

    0.53

    系统能控且能观。

    实验二

    控制系统极点的任意配置

    1

    实验目的：

    1.

    掌握用全状态反馈的设计方法实现控制系统极点的任意配置；

    2.

    用电路模拟的方法，研究参数的变化对系统性能的影响。

    2

    实验内容：

    1.

    用全状态反馈实现二阶系统极点的任意配置，并用电路模拟的方法予予以实现；

    2.

    用全状态反馈实现三阶系统极点的任意配置，并通过电路模拟的方法予以实现。

    3

    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，如果仅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，如果把它们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任意配置，这个条件就是系统能控。理论证明，通过状态反馈的系统，其动态性能一定会优于只有输出反馈的系统。

    设系统受控系统的动态方程为

    图11-1为其状态变量图。

    图11-1

    状态变量图

    令，其中，为系统的给定量，为系统状态变量，为控制量。则引入状态反馈后系统的状态方程变为

    相应的特征多项式为

    ，调节状态反馈阵的元素，就能实现闭环系统极点的任意配置。图11-2为引入状态反馈后系统的方框图。

    图11-2

    引入状态变量后系统的方框图

    1.

    典型二阶系统全状态反馈的极点配置

    二阶系统方框图如11-3所示。

    图11-3

    二阶系统的方框图

    1.1

    由图得

    ，然后求得：，

    同时由框图可得：

    ，

    所以：

    1.2

    系统能控性

    所以系统完全能控，即能实现极点任意配置。

    1.3

    由性能指标确定希望的闭环极点

    令性能指标：

    ，

    由

    ，选择

    ()

    ，选择

    1/S

    于是求得希望的闭环极点为

    希望的闭环特征多项式为

    (11-1)

    1.4

    确定状态反馈系数K1和K2

    引入状态反馈后系统的方框图如图11-4所示。

    图11-4

    引入状态反馈后的二阶系统方框图

    其特征方程式为

    (11-2)

    由式(11-1)、

    (11-2)解得

    根据以上计算可知，二阶系统在引入状态反馈前后的理论曲线如图11-5的a)、b)所示。

    a)

    引入状态反馈前

    b)

    引入状态反馈后

    图11-5

    引入状态反馈前后二阶系统的单位阶跃响应曲线

    2.

    典型三阶系统全状态反馈的极点配置

    2.1

    系统的方框图

    三阶系统方框图如11-6所示。

    图11-6

    三阶系统的方框图

    2.2

    状态方程

    由图得：

    0

    X

    其动态方程为：

    X+R

    2.3能控性

    由动态方程可得：

    Rank[b

    Ab

    A2b]=Rank

    =3

    所以系统能控，其极点能任意配置。

    设一组理想的极点为：

    P1=-10，P2，3=-2±j2

    则由它们组成希望的特征多项式为

    (11-3)

    2.4

    确定状态反馈矩阵K

    引入状态反馈后的三阶系统方框图如11-7所示。

    图11-7

    引入状态反馈后的三阶系统方框图

    由图11-7可得

    det[SI-(A-Bk)]=S(S+2)(S+5+5K3)+2(S+5K1)+10SK2

    (11-4)

    由式(11-3)、(11-4)得

    7+5K3=14

    K3=1.4

    10+10K2+10K3=48

    K2=2.4

    10+10K1=80

    K1=7

    图11-7对应的模拟电路图如图11-12所示。图中电阻RX1、RX2、RX3按下列关系式确定。

    ，

    ，

    根据以上计算可知，三阶系统在引入状态反馈前后的理论曲线如图11-8的a)、b)所示。

    a)

    引入状态反馈前

    b)

    引入状态反馈后

    图11-8

    引入状态反馈前后三阶系统的单位阶跃响应曲线

    4

    实验结论：

    1

    根据状态空间表达式，分别画出二阶和三阶系统引入状态反馈后的模拟结构图。

    2

    画出实验所得曲线图。包括二阶和三阶系统反馈前及反馈后的响应曲线。

    二阶系统模拟结构图

    三阶系统模拟结构图

    典型二阶系统

    引入状态反馈前

    引入状态反馈后

    典型三阶系统

    引入状态反馈前

    引入状态反馈后

    实验三

    具有内部模型的状态反馈控制系统

    1

    实验目的：

    1、通过实验了解内模控制的原理；

    2、掌握具有内部模型的状态反馈设计的方法。

    2

    实验内容：

    1、不引入内部模型，按要求设计系统的模拟电路，并由实验求取其阶跃响应和稳态输出；

    2、设计该系统引入内部模型后系统的模拟电路，并由实验观测其阶跃响应和稳态输出。

    3

    实验原理：

    系统极点任意配置（状态反馈），仅从系统获得满意的动态性能考虑，即系统具有一组希

    望的闭环极点，但不能实现系统无误差。为此，本实验在上一实验的基础上，增加了系统内部模型控制。

    经典控制理论告诉我们，系统的开环传递函数中，若含有某控制信号的极点，则该系统对此输入信号就无稳态误差产生。据此，在具有状态反馈系统的前向通道中引入R(s)的模型，这样，系统既具有理想的动态性能，又有对该系统无稳态误差产生。

    1.

    内模控制实验原理

    设受控系统的动态方程为

    令参考输入为阶跃信号r，则有：

    令系统的输出与输入间的跟踪误差为

    ，则有：

    (12-1)

    若令

    ，为两个中间变量，则得

    (12-2)

    把(12-1)、(12-2)写成矩阵形式：

    (12-3)

    若(12-3)能控，则可求得如下形式的状态反馈

    (K2=[k2

    k3])

    (12-4)

    这不仅使系统稳定，而且实现稳态误差为零。对式(12-4)积分得

    引入参考输入的内部模型后系统的方框图如下图所示：

    图12-1

    具有内部模型系统的方框图

    2.系统的极点配置

    已知给定电路的动态方程为

    ，

    (12-5)

    或写成

    由于Rank[b

    Ab]=2，故系统能控。

    系统的方框图如图12-2所示。

    图12-2

    引入状态反馈前的二阶系统方框图

    由动态方程可得

    由于，故

    此时超调量较大(约为50%左右)，当单位阶跃输入时，。

    令状态反馈阵，

    ，式中r为系统的给定量。

    则引入状态反馈后的状态方程为

    相应的特征多项式为

    (12-6)

    设闭环系统的希望极点为

    则由它们组成希望的特征多项式为

    (12-7)

    对比式(12-6)和式(12-7)得

    此时

    由于，故

    此时超调量约为4.3%，。

    引入状态反馈后系统的方框图如12-3所示。

    图12-3

    引入状态反馈后的二阶系统方框图

    3.

    内模控制器的设计

    为使校正后的系统不仅具有良好的动态性能，而且要以零稳态误差跟踪输入，因此需在状态反馈的基础上引入内模控制。根据式（12-3）和(12-5)得

    设闭环系统的希望极点为，则得希望的闭环特征方程式为：

    (12-8)

    引入状态反馈后系统的特征多项式为

    (12-9)

    对比(5)、(6)式得

    ，，

    故校正后系统的方框图如图12-4所示。

    图12-4

    校正后系统的方框图

    根据以上计算可知，二阶系统在引入状态反馈前后的理论曲线如图12-5的a)、b)、c)所示。

    a)

    引入极点配置前

    b)

    引入极点配置后

    c)引入内模控制后

    图12-5

    内模控制引入前后的阶跃响应曲线

    4

    实验结论：

    根据实验结果，画出引入极点配置前、引入极点配置后、引入内模控制后的系统响应曲线。

    极点配置前

    系统引入极点配置

    加内模控制后

    5

    实验思考

    试从理论上分析引入内部模型后系统的稳态误差为零的原因。

    答：引入内部模块后，增加了前向通道和反馈通道，导致系统的稳态误差为零。

    15

    篇2：市委理论中心组学习暨“两学一做”第四次学习研讨会发言稿

    市委理论中心组学习暨“两学一做”第四次学习研讨会发言稿 本文关键词：发言稿，第四次，研讨会，市委，中心组学习

    市委理论中心组学习暨“两学一做”第四次学习研讨会发言稿 本文简介：市委理论中心组学习暨“两学一做”第四次学习研讨会发言稿党的十八届六中全会取得的最重大成果和历史性贡献，就是确立了习近平总书记为党中央、全党的领导核心。一个国家、一个政党，领导核心至关重要。习近平总书记为党中央的核心、全党的核心，是在伟大斗争中形成的。党的十八大以来，习近平总书记带领全党全军全国各族人

    市委理论中心组学习暨“两学一做”第四次学习研讨会发言稿 本文内容：

    市委理论中心组学习暨“两学一做”第四次学习研讨会发言稿

    党的十八届六中全会取得的最重大成果和历史性贡献，就是确立了习近平总书记为党中央、全党的领导核心。一个国家、一个政党，领导核心至关重要。习近平总书记为党中央的核心、全党的核心，是在伟大斗争中形成的。党的十八大以来，习近平总书记带领全党全军全国各族人民开创了中国特色社会主义伟大事业和党的建设新的伟大工程新局面，在改革发展稳定、内政外交国防、治党治国治军等方面取得了一系列具有重大现实意义和深远历史意义的成就，实现了党和国家事业的继往开来，赢得了全党全军全国各族人民衷心拥护，受到了国际社会高度赞誉。十八届六中全会确立习近平总书记作为党中央的核心、全党的核心，是党和人民的根本利益所在，是国家和民族根本利益所在，是历史的选择、全党的选择、人民的选择。

    维护习近平总书记的核心地位，就是维护党中央权威；维护党中央权威，首先要维护习近平总书记的核心地位。全市各级党组织和党员干部特别是领导干部必须以高度的政治自觉和行动自觉，始终同以习近平同志为核心的党中央保持高度一致，做到思想上高度认同、政治上坚决维护、组织上自觉服从、行动上坚定紧跟，切实增强“四个意识”，坚持“四个服从”，自觉向党中央看齐，向习近平总书记看齐，向党的理论和路线方针政策看齐，向党中央决策部署看齐，不折不扣地执行中央的决策部署，坚决贯彻落实习近平总书记的指示要求，坚决维护党中央权威，坚决维护习近平总书记的核心地位。

    十八届六中全会审议通过的《关于新形势下党内政治生活的若干准则》和《中国共产党党内监督条例》，坚持以党章为根本遵循，坚持继承与创新相统一，坚持鲜明问题导向，坚持抓住“关键少数”，全面反映了党的十八大以来全面从严治党的新鲜经验和有效做法，明确了严肃党内政治生活、加强党内监督的内容范畴、方向目标、原则要求、方法途径，是全面从严治党新的制度利器，是对马克思主义建党学说的丰富和发展。

    全市各级党组织要坚决贯彻执行《准则》和《条例》，把严的要求落实到管党治党的全过程。要从严抓思想教育，教育引导广大党员干部筑牢信仰之基、补足精神之钙、把稳思想之舵，不断培厚良好政治生态的土壤。要从严抓组织生活，认真贯彻民主集中制原则，落实“三会一课”、民主生活会等制度，用好用活批评和自我批评这个武器，增强党内政治生活的政治性、时代性、原则性、战斗性。要从严抓党内监督，建立健全党内监督体系，运用好监督执纪“四种形态”，使监督真正成为规范各级党组织和广大党员干部行为的硬约束。要从严抓选人用人，树立正确的用人导向，真正让忠诚干净担当、为民务实清廉的干部得到褒奖和重用。要从严抓执纪问责，推动管党治党不断从“宽松软”走向“严实硬”。要从严抓正风反腐，认真落实省委“3783”主体责任体系、“866”衡量检验标尺和“111”督查落实细则，把党风廉政建设和反腐败斗争不断引向深入，让群众更多感受到正风反腐的实际成效。

    全市上下要把学习贯彻十八届六中全会精神作为首要政治任务，按照习近平总书记“深入基层，深入群众，深入人心”的重要指示和省、市委的部署，在全市迅速掀起学习热潮，做到学习领会到位、领导带头到位、党员覆盖到位、舆论宣传到位。

    要坚持以全会精神为指导，全力推进幸福活力美好平凉建设。要带头践行新理念，坚持以新理念引领经济发展新常态，积极有效应对经济下行压力，努力在结构调整、转型升级、深化改革以及体制机制创新等方面探索经验。要深入推进脱贫攻坚，把“一号工程”牢牢抓在手上，从最紧迫的工作、最突出的问题、最薄弱的环节入手，尽快补齐薄弱环节和工作短板，确保如期实现全面脱贫目标。要倾力保障改善民生，千方百计增加城乡居民收入，统筹发展社会事业，推进生态文明建设，创新社会治理，确保社会大局和谐稳定。要切实抓好工作落实，大力弘扬踏石留印、抓铁有痕的顽强作风，察实情、出实招、敢担当、善作为，推动市第四次党代会部署任务的落实。

    篇3：党委中心组理论学习暨“两学一做”第三次专题研讨会发言稿

    党委中心组理论学习暨“两学一做”第三次专题研讨会发言稿 本文关键词：发言稿，理论学习，研讨会，党委，中心组

    党委中心组理论学习暨“两学一做”第三次专题研讨会发言稿 本文简介：党委中心组理论学习暨“两学一做”第三次专题研讨会发言稿“四讲四有”合格党员标准是对党员提出的新要求，是规范和衡量每个党员是否合格的基本尺度，是新时期广大党员以知促行、知行合一的行动指南，是全体党员在新常态下思想、工作和生活的标杆，全体党员应该自觉以“四讲四有”为标杆，在思想灵魂深处给人生“定位”。“

    党委中心组理论学习暨“两学一做”第三次专题研讨会发言稿 本文内容：

    党委中心组理论学习暨“两学一做”第三次专题研讨会发言稿

    “四讲四有”合格党员标准是对党员提出的新要求，是规范和衡量每个党员是否合格的基本尺度，是新时期广大党员以知促行、知行合一的行动指南，是全体党员在新常态下思想、工作和生活的标杆，全体党员应该自觉以“四讲四有”为标杆，在思想灵魂深处给人生“定位”。

    “四讲四有”标准，就像“四面镜子”，又像“四把尺子”。经常用“四面镜子”照一照，才能保证“衣冠正”、不走样;经常用“四把尺子”量一量，才能发现自身不足、修正自己的行为。“四讲四有”少了“一讲”、缺了“一有”，都算不上合格。因此，党员警察要带着信念、带着感情、带着使命，努力把党员的标尺立起来，把做人做事的底线划出来，把党员的先锋形象树起来，用行动体现信仰信念的力量，在强制隔离戒毒工作实践中实现自身价值。

    一是要讲政治、有信念，做对党忠诚的老实人。忠诚是党员警察基本的政治要求、首要的政治品质、庄严的政治责任。党员警察要把坚定理想信念作为根本，加强理论学习、加强党性锤炼，补精神之钙，固思想之元，自觉做到讲政治、有信念，对党忠诚。

    二是要讲规矩、有纪律，做明规守矩的排头兵。“矩不正，不可为方，规不正，不可为圆”。一个组织如果没有纪律和规矩的约束，就会成为一盘散沙。党员警察讲规矩，就要知晓规矩、认同规矩、遵守规矩、维护规矩，明白哪些该做、哪些不该做，做到知大知小、知进知退、知荣知辱、知是知非，用纪律和规矩来规范和约束自己的言行。

    三是要讲道德、有品行，做干净坦荡的清白人。党员警察要心存敬畏，“常修为政之德，常思贪欲之害，常怀律己之心”，多一些襟怀坦荡、少一些患得患失，多一点浩然正气、少一点私心杂念，做到心有所畏、言有所戒、行有所止。

    四是要讲奉献、有作为，做甘于奉献的孺子牛。党员警察讲奉献，就是甘于在平凡的岗位上兢兢业业，甘愿在每一件小事上认认真真，甘心在清苦的工作中体现价值。把职业当事业来追求，把岗位当阵地来坚守，自觉增强工作的积极性、主动性和创造性，做到履职尽职、无私奉献、勇于担当。

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