现控实验指导书

1、实验1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 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为传递函数相互转 换的方法； 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、实验原理说明参考教材P56? 59 “2用MATLAB分析状态空间模型”4、实验步骤 根据所给系统的传递函数或 A、3、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。 在MATLAB界面下调试程序，并检杏是否运行正确。 题1.1已知SISO系统的传递函数为M+5$+ 8曲）= + 2$3+6$2+3$ + 9

2、（1）将其输入到MATLAB工作空间；（2）获得系统的状态空间模型。题1.2已知SISO系统的状态空间表达式为£010_ 1 '丘2001兀2+3it, y = 1 0 0兀2_A_-4-3-2_心一-6兀3（1）将其输入到MATLAB工作空间;（2）求系统的传递函数。实验2利用MATLAB求解系统的状态方程1、实验设备PC计算机1台，MATLAB软件1套。2、实验目的 学习系统齐次、非齐次状态方程求解的方法，计算矩阵指数，求状态响应； 通过编程、上机调试，掌握求解系统状态方程的方法，学会绘制状态响应曲线； 掌握利用MATLAB导出连续状态空间模型的离散化模型的方法。3、实验

3、原理说明参考教材P99I （）1 “3利用MATLAB求解系统的状态方程”4、实验步骤（1） 根据所给系统的状态方程，依据系统状态方程的解的表达式，釆用MATLAB编程（2）在MATLAB界面下调试程序，并检查是否运行正确。题 2.1已知 SISO 系统的状态方程为013x =x+ u-2-30y 二1 lx求当匚0.5时系统的炬阵系数及状态响 M（2） it = I （r） , x （0）=十，绘制系统的状态响应及输出响应曲线;（3）w = 1 + cos3t, x（0）=。，绘制系统的状态响应及输出响应曲线Lo_（5）在余弦输入信号和初始状态 x（0）= F的状态响应曲线。（4）w = 0

4、, x（0）=；，绘制系统的状态响应及输出响应Illi线;题2.2已知一个连续系统的状态方程是0 1 "0_X =无+-25 -4_1_若取采样周期T = 0.05秒（1）试求相应的离散化状态空间模型；（2）分析不同采样周期下，离散化状态空间模型的结果。实验3系统的能控性、能观测性分析1、实验设备PC计算机1台，MATLAB软件1套。2、实验FI的 学习系统状态能控性、能观测性的定义及判别方法； 通过卅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。3、实验原理说明参考教材P117-118 “4.2利用MATL

5、AB判定系统能控性” P124125“ 用 MATLAB判定系统能观测性”4、实验步骤 根据系统的系数阵A和输入阵依据能控性判别式，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。 根据系统的系数阵A和输出阵C,依据能观性判別式，对所给系统采用MATLAB编程; 在MATLAB界面下调试程序，并检杳是否运行正确。 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。题3.1已知系数阵A和输入阵3分別如下，判断系统的状态能控性6.666-10.6667-0.3333-0A =101,B1_ 012 _16.666 -10.6667 -0.3333题

6、3.2已知系数阵A和输出阵C分别如下，判断系统的状态能观性101, C = 1020 1 2题3.3已知系统状态空间描述如下0 2 -1MBX =5 1 2U-2 0 0-1y = 11 0x（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，将具变换成能控标准形；（4）构造变换阵，将其变换成能观测标准形实验4系统稳定性分析1、实验设备PC计算机1台，MATLAB软件1套。2、实验目的 学习系统稳定性的定义及李雅普诺夫稳定性定理； 通过用MATLAB编程、上机调试，掌握系统稳定性的判别方法。3、实验原理说明参考教材P178? 181 “5.3.利用MATLAB进行稳定性

7、分析”4、实验步骤（1）掌握利用李雅普诺夫第一方法判断系统稳定性；（2）掌握利用李雅普诺夫笫二方法判断系统稳定性。题4.1某系统状态空间描述如下0 2rr5 I 2X +0-2 0 0-1i 1 ohUx =（1）利用李雅普诺夫第一方法判断其稳定性（2）利用李雅普诺夫第二方法判断其稳定性。实验5利用MATLAB实现极点配置、设计状态观测器1、实验设备 PC计算机1台，MATLAB软件1套。2、实验目的 学习闭环系统极点配迸定理及算法，学习全维状态观测器设计方法； 通过用MATLAB编程、上机调试，掌握极点配置算法，设计全维状态观测器。3、实验原理说明参考教材P204207 “ 62利用MATL

8、AB实现极点配置”P227? 230 “ 6.4.利用MATLAB设计状态观测器”4、实验步骤(1) 掌握采用肓？接计算法、 采用Ackermann公式计算法、调用place函数法分别进 行闭环系统极点配置；(2) 掌握利用MATLAB设计全维状态观测器。_0101- 1 -X =001X +3-4-3-2-6题5.1某系统状态方程如下u理想闭环系统的极点为-1 -2 -3,试y = 1 0 0x(1) 采用直接计算法进行闭环系统极点配置；(2) 采用Ackermann公式计算法进行闭环系统极点配置_010_'1?X =001X +3-4-3-2_-6(3) 采用调用place函数法进行闭环系统极点配置。题5.2某系统状态空间描述如下u0 0x设计全维状态观测器，耍求状态