現(xiàn)代控制理論實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、.現(xiàn)代控制理論實(shí)驗(yàn)報(bào)告可編輯版實(shí)驗(yàn)一系統(tǒng)能控性與能觀性分析一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.理解系統(tǒng)的能控和可觀性。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.THBCC-1 型 信號(hào)與系統(tǒng)·控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二階系統(tǒng)能控性和能觀性的分析四、實(shí)驗(yàn)原理系統(tǒng)的能控性是指輸入信號(hào)u 對(duì)各狀態(tài)變量x 的控制能力，如果對(duì)于系統(tǒng)任意的初始狀態(tài)，可以找到一個(gè)容許的輸入量，在有限的時(shí)間內(nèi)把系統(tǒng)所有的狀態(tài)引向狀態(tài)空間的坐標(biāo)原點(diǎn)，則稱系統(tǒng)是能控的。對(duì)于圖 21-1 所示的電路系統(tǒng)，設(shè) iL 和 uc 分別為系統(tǒng)的兩個(gè)狀態(tài)變量，如果電橋中則輸入電壓 ur 能控制 iL 和 uc 狀態(tài)變量的變化，此時(shí)，狀態(tài)是能控的。反之，

2、當(dāng)時(shí)，電橋中的 A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)的電位始終相等，因而 uc 不受輸入 ur 的控制， ur 只能改變 iL 的大小，故系統(tǒng)不能控。系統(tǒng)的能觀性是指由系統(tǒng)的輸出量確定所有初始狀態(tài)的能力， 如果在有限的時(shí)間內(nèi)根據(jù)系統(tǒng)的輸出能唯一地確定系統(tǒng)的初始狀態(tài)，則稱系統(tǒng)能觀。為了說(shuō)明圖 21-1 所示電路的能觀性，分別列出電橋不平衡和平衡時(shí)的狀態(tài)空間表達(dá)式：平衡時(shí)：由式（ 2）可知，狀態(tài)變量iL 和 uc 沒(méi)有耦合關(guān)系，外施信號(hào)u 只能控制iL 的變化，不會(huì)改變 uc 的大小，所以u(píng)c 不能控。基于輸出是uc，而 uc 與 iL 無(wú)關(guān)連，即輸出uc 中不含有 iL 的信息，因此對(duì)uc 的檢測(cè)不能確定iL。反之

3、式（ 1）中 iL 與 uc 有耦合關(guān)系，即ur 的改變將同時(shí)控制iL 和 uc 的大小。由于iL 與 uc 的耦合關(guān)系，因而輸出uc 的檢測(cè)，能得到iL的信息，即根據(jù)uc 的觀測(cè)能確定iL（）五、實(shí)驗(yàn)步驟1用 2 號(hào)導(dǎo)線將該單元中的一端接到階躍信號(hào)發(fā)生器中輸出2 上，另一端接到地上。將階躍信號(hào)發(fā)生器選擇負(fù)輸出。2將短路帽接到2K 處，調(diào)節(jié)RP2，將 Uab 和 Ucd 的數(shù)據(jù)填在下面的表格中。然后將階躍信號(hào)發(fā)生器選擇正輸出使調(diào)節(jié)RP1，記錄 Uab 和 Ucd。此時(shí)為非能控系統(tǒng)，Uab 和 Ucd 沒(méi)有關(guān)系（ Ucd 始終為 0）。3將短路帽分別接到1K 、3K 處，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)。六、實(shí)驗(yàn)

4、結(jié)果表 20 1Uab 與 Ucd 的關(guān)系UabUcd實(shí)驗(yàn)二 狀態(tài)觀測(cè)器及其應(yīng)用一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解和掌握典型非線性環(huán)節(jié)的原理。2. 用相平面法觀察和分析典型非線性環(huán)節(jié)的輸出特性。二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. THBCC-1 型 信號(hào)與系統(tǒng)·控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2. PC 機(jī) 1 臺(tái)(含上位機(jī)軟件 )37 針通信線1 根3、雙蹤慢掃描示波器1 臺(tái)(可選)三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 測(cè)量繼電特性（ 1）將信號(hào)發(fā)生器（B1）的幅度控制電位器中心Y 測(cè)孔，作為系統(tǒng)的-5V+5V輸入信號(hào)（ Ui ）： B1 單元中的電位器左邊K3 開關(guān)撥上（ -5V ），右邊 K4 開關(guān)也撥上（+5V ）。（

5、2）模擬電路產(chǎn)生的繼電特性： 繼電特性模擬電路見(jiàn)圖慢慢調(diào)節(jié)輸入電壓（即調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器B1 單元的電位器， 調(diào)節(jié)范圍 -5V+5V ），觀測(cè)并記錄示波器上的U0Ui 圖形。 波形如下：函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的繼電特性 函數(shù)發(fā)生器的波形選擇為繼電，調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器1”，使數(shù)碼管右顯示繼電限幅 值為 3.7V。慢慢調(diào)節(jié)輸入電壓 （即調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器B1 單元的電位器， 調(diào)節(jié)范圍 -5V+5V ）， 觀測(cè)并記錄示波器上的U0Ui 圖形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理想繼電特性相符波形如下：2 測(cè)量飽和特性（ 1）將信號(hào)發(fā)生器（B1 ）的幅度控制電位器中心Y 測(cè)孔，作為系統(tǒng)的-5V+5V輸入信號(hào)（ Ui ）： B1 單元中的電位器

6、左邊K3 開關(guān)撥上（ -5V），右邊 K4 開關(guān)也撥上（+5V ）。（2）模擬電路產(chǎn)生的飽和特性：飽和特性模擬電路見(jiàn)圖3-4-6。慢慢調(diào)節(jié)輸入電壓（即調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器B1 單元的電位器， 調(diào)節(jié)范圍 -5V+5V ），觀測(cè)并記錄示波器上的U0Ui 圖形。如下所示：函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的飽和特性 函數(shù)發(fā)生器的波形選擇為飽和特性；調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器1”，使數(shù)碼管左顯示斜率為2；調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器2”，使數(shù)碼管右顯示限幅值為3.7V。慢慢調(diào)節(jié)輸入電壓（即調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器B1 單元的電位器， 調(diào)節(jié)范圍 -5V+5V ），觀測(cè)并記錄示波器上的U0Ui 圖形。波形如下：3 測(cè)量死區(qū)特性模擬電路產(chǎn)生的死區(qū)特性死區(qū)特性模擬電

7、路見(jiàn)圖3-4-7。慢慢調(diào)節(jié)輸入電壓（即調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器B1 單元的電位器， 調(diào)節(jié)范圍 -5V+5V ），觀測(cè)并記錄示波器上的U0Ui 圖形。如下所示：觀察函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的死區(qū)特性：觀察時(shí)要用虛擬示波器中的X-Y 選項(xiàng)慢慢調(diào)節(jié)輸入電壓（即調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器B1 單元的電位器， 調(diào)節(jié)范圍 -5V+5V ），觀測(cè)并記錄示波器上的U0Ui 圖形。波形如下圖所示：4 測(cè)量間隙特性模擬電路產(chǎn)生的間隙特性。間隙特性的模擬電路見(jiàn)圖3-4-8。慢慢調(diào)節(jié)輸入電壓（即調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器B1 單元的電位器，調(diào)節(jié)范圍-5V+5V ），觀測(cè)并記錄示波器上的U0Ui 圖形。如下所示：函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的間隙特性觀察函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的間隙特

8、性：觀察時(shí)要用虛擬示波器中的X-Y 選項(xiàng) 慢慢調(diào)節(jié)輸入電壓（即調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器B1 單元的電位器，調(diào)節(jié)范圍-5V+5V ），觀測(cè)并記錄示波器上的 U0Ui 波形如下圖所示：實(shí)驗(yàn)三二階非線性控制系統(tǒng)的相平面分析法一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解非線性控制系統(tǒng)的基本概念。2. 掌握用相平面圖分析非線性控制系統(tǒng)。3. 觀察和分析三種二階非線性控制系統(tǒng)的相平面圖。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、THBCC-1 型 信號(hào)與系統(tǒng)·控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2、PC 機(jī) 1 臺(tái)(含上位機(jī)軟件 )37 針通信線1 根3、雙蹤慢掃描示波器1 臺(tái)(可選 )三、實(shí)驗(yàn)原理1. 非線性控制系統(tǒng)的基本概念在實(shí)際控制系統(tǒng)中，除了存在

9、著不可避免的非線性因素外，有時(shí)為了改善系統(tǒng)的性能或簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，還要人為的在系統(tǒng)中插入非線性部件，構(gòu)成非線性系統(tǒng)。例如采用繼電器控制執(zhí)行電機(jī)， 使電機(jī)始終工作于最大電壓下，充分發(fā)揮其調(diào)節(jié)能力，可以獲得時(shí)間最優(yōu)控制系統(tǒng)；利用變?cè)鲆婵刂破?，可以大大改善控制系統(tǒng)的性能。線性控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性只取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，而與外作用和初始條件無(wú)關(guān)；反之， 非線性控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與輸入的初始條件有著密切的關(guān)系。2. 用相平面圖分析非線性控制系統(tǒng)相利用相平面法分析非線性控制系統(tǒng)，首先必須在相平面上選擇合適的坐標(biāo)，在理論分析中均采用輸出量c 及其導(dǎo)數(shù)， 實(shí)際上系統(tǒng)的其它變量也同樣可用做相平面坐標(biāo)；當(dāng)系統(tǒng)是階躍輸

10、入或是斜坡輸入時(shí)，選取非線性環(huán)節(jié)的輸入量，即系統(tǒng)的誤差，及其它的導(dǎo)數(shù)作為相平面坐標(biāo)，會(huì)更方便些。相軌跡表征著系統(tǒng)在某個(gè)初始條件下的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，當(dāng)改變階躍信號(hào)的幅值，即改變系統(tǒng)的初始條件時(shí)， 便獲得一系列相軌跡。根據(jù)相軌跡的形狀和位置就能分析系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)誤差。 一簇相軌跡所構(gòu)成的圖叫做相平面圖，相平面圖表征系統(tǒng)在各種初始條件下的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。 假使系統(tǒng)原來(lái)處于靜止?fàn)顟B(tài)，則在階躍輸入作用時(shí)，二階非線性控制系統(tǒng)的相軌跡是一簇趨向于原點(diǎn)的螺旋線。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容繼電型非線性控制系統(tǒng)3.1 繼電型非線性控制系統(tǒng)模擬電路見(jiàn)下圖所示，用信號(hào)發(fā)生器（B1）的階躍信號(hào)輸出和幅度控制電位器構(gòu)造輸入信號(hào)（Ui ）：B

11、1 單元中電位器的左邊K3 開關(guān)撥下（ GND ），右邊 K4 開關(guān)撥下（ 0/+5V階躍），按下信號(hào)發(fā)生器（ B1）階躍信號(hào)按鈕，L9 燈亮，調(diào)整幅度控制電位器使之階躍信號(hào)輸出（B1-2 的 Y 測(cè)孔）為2.5V 左右。按下信號(hào)發(fā)生器（B1）階躍信號(hào)按鈕時(shí)（+2.5V 0 階躍），先選用虛擬示波器（B3）普通示波方式觀察CH1、CH2 兩個(gè)通道所輸出的波形，盡量使之不要產(chǎn)生限幅現(xiàn)象，時(shí)域圖見(jiàn)下。然后再選用 X-Y 方式（這樣在示波器屏上可獲得 e-e 相平面上的相軌跡曲線） 觀察相軌跡，并記錄系統(tǒng)在 e-e平面上的相軌跡；測(cè)量在 +2.5V 0 階躍信號(hào)下系統(tǒng)的超調(diào)量 Mp 及振蕩次數(shù)。繼電

12、型非線性控制系統(tǒng)相平面圖下3.2 帶速度負(fù)反饋的繼電型非線性控制系統(tǒng)帶速度負(fù)反饋的繼電型非線性控制系統(tǒng)的模擬電路見(jiàn)下圖。用信號(hào)發(fā)生器 （ B1）的階躍信號(hào)輸出和幅度控制電位器構(gòu)造輸入信號(hào) （ Ui ）： B1 單元中電位器的左邊K3 開關(guān)撥下（ GND ），右邊 K4 開關(guān)撥下（ 0/+5V階躍），按下信號(hào)發(fā)生器（ B1）階躍信號(hào)按鈕，L9 燈亮，調(diào)整幅度控制電位器使之階躍信號(hào)輸出（B1-2 的Y 測(cè)孔）為 2.5V 左右。 （ 2）將函數(shù)發(fā)生器（B5）單元的非線性模塊中的繼電特性作為系統(tǒng)特性控制。調(diào)節(jié)非線性模塊： 在顯示與功能選擇（D1 ）單元中，通過(guò)波形選擇按鍵選中繼電特性（繼電特性指示燈

13、亮）。 調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器1”，使之幅度= 3.6V （D1 單元右顯示） 。帶速度負(fù)反饋的繼電型非線性控制系統(tǒng)時(shí)域圖見(jiàn)下：帶速度負(fù)反饋的繼電型非線性控制系統(tǒng)相平面圖見(jiàn)下3.3 飽和型非線性控制系統(tǒng)飽和型非線性控制系統(tǒng)模擬電路見(jiàn)下圖所示。將函數(shù)發(fā)生器（B5）單元的非線性模塊中的飽和特性作為系統(tǒng)特性控制。調(diào)節(jié)非線性模塊： 在顯示與功能選擇（D1 ）單元中，通過(guò)波形選擇按鍵選中飽和特性（飽和特性指示燈亮）。 調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器2”，使之幅度= 3.6V （ D1 單元右顯示） 。 調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器1”，使之斜率= 2（ D1 單元左顯示） 。飽和型非線性控制系統(tǒng)時(shí)域圖見(jiàn)下：飽和型非線性控制系統(tǒng)相平面圖

14、見(jiàn)下：3.4 間隙型非線性控制系統(tǒng)間隙型非線性控制系統(tǒng)模擬電路見(jiàn)圖下所示。將信號(hào)發(fā)生器（B1）中的階躍輸出0/+5V作為系統(tǒng)的信號(hào)輸入r(t) 。（ 2）將函數(shù)發(fā)生器（B5）單元的非線性模塊中的間隙特性作為系統(tǒng)特性控制。調(diào)節(jié)非線性模塊： 在顯示與功能選擇（D1 ）單元中，通過(guò)波形選擇按鍵選中間隙特性（間隙特性指示燈亮）。 調(diào)節(jié)“設(shè)定電位器2”，使之間隙寬度= 1V （D1 單元右顯示） 。 ）運(yùn)行、觀察、記錄：運(yùn)行程序同1繼電型非線性控制系統(tǒng)。用虛擬示波器（B3）觀察并記錄系統(tǒng)在e-e 平面上的相軌跡。間隙型非線性控制系統(tǒng)相軌跡是一個(gè)極限環(huán)，如下圖：實(shí)驗(yàn)四線性系統(tǒng)的狀態(tài)反饋及極點(diǎn)配置一、實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

15、的二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容四、實(shí)驗(yàn)原理五、實(shí)驗(yàn)步驟六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)五控制系統(tǒng)極點(diǎn)的任意配置一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握用全狀態(tài)反饋的方法實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)極點(diǎn)的任意配置；2. 用電路模擬與軟件仿真的方法，研究參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、THBCC-1 型 信號(hào)與系統(tǒng)·控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2、PC 機(jī) 1 臺(tái)(含上位機(jī)軟件 )37 針通信線1 根3、雙蹤慢掃描示波器1 臺(tái)(可選 )三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 用全狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)二階系統(tǒng)極點(diǎn)的任意配置，并分別用電路模擬與軟件仿真予于實(shí)現(xiàn)；2. 用全狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)三階系統(tǒng)極點(diǎn)的任意配置，并分別通過(guò)電路模擬實(shí)驗(yàn)和軟件仿真予于實(shí)現(xiàn)。四、實(shí)驗(yàn)原

16、理由于控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能主要取決于它的閉環(huán)極點(diǎn)在S 平面上的位置， 因而人們常把對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的要求轉(zhuǎn)化為一組希望的閉環(huán)極點(diǎn)。一個(gè)單輸入單輸出的N 階系統(tǒng)，如果僅靠系統(tǒng)的輸出量進(jìn)行反饋，顯然不能使系統(tǒng)的n 個(gè)極點(diǎn)位于所希望的位置?；谝粋€(gè)N 階系統(tǒng)有 N 個(gè)狀態(tài)變量，如果把它們分別作為系統(tǒng)的反饋信號(hào)，則在滿足一定的條件下就能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)極點(diǎn)的任意配置，這個(gè)條件是系統(tǒng)能控。理論證明，通過(guò)狀態(tài)反饋的系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)性能一定要優(yōu)于只有輸出反饋的系統(tǒng)。本實(shí)驗(yàn)分別研究二階和三階系統(tǒng)的狀態(tài)反饋，有關(guān)理論的說(shuō)明和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的模擬電路， 請(qǐng)參見(jiàn)附錄。五、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 典型二階系統(tǒng)1) 設(shè)計(jì)一個(gè)二階系統(tǒng)的模擬電路（可

17、參考本實(shí)驗(yàn)附錄），測(cè)取其階躍響應(yīng)，并與軟件仿真的結(jié)果相比較。2) 根據(jù)上面的典型二階系統(tǒng)，用極點(diǎn)配置的方法，設(shè)計(jì)一個(gè)全狀態(tài)反饋的增益矩陣。3) 按確定的參數(shù)設(shè)計(jì)構(gòu)建系統(tǒng)的模擬電路，測(cè)取其階躍響應(yīng)，并與軟件仿真結(jié)果相比較。2. 典型三階系統(tǒng)1) 設(shè)計(jì)一個(gè)三階系統(tǒng)的模擬電路（可參考本實(shí)驗(yàn)附錄），測(cè)取其階躍響應(yīng)，并與軟件仿真的結(jié)果相比較。2) 根據(jù)上述的三階系統(tǒng)，用極點(diǎn)配置的方法設(shè)計(jì)全狀態(tài)反饋的增益矩陣。3) 按確定的參數(shù)設(shè)計(jì)并構(gòu)建系統(tǒng)的模擬電路，測(cè)取其階躍響應(yīng)， 并與軟件仿真的結(jié)果相比較。以上兩步驟中，測(cè)取階躍響應(yīng)以及系統(tǒng)軟件仿真的具體操作方法請(qǐng)參閱“實(shí)驗(yàn)一”的實(shí)驗(yàn)步驟2 和 3。六、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1

18、. 畫出二階和三階系統(tǒng)的模擬電路圖，并實(shí)測(cè)它們的階躍響應(yīng)曲線和動(dòng)態(tài)性能。2. 根據(jù)對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求，確定系統(tǒng)希望的閉環(huán)特征多項(xiàng)式。3. 令引入狀態(tài)反饋后系統(tǒng)的閉環(huán)特征多項(xiàng)式同希望的特征多項(xiàng)式相等，確定狀態(tài)反饋增益矩陣。4. 畫出引入狀態(tài)反饋后的二階和三階系統(tǒng)的電路圖，并由實(shí)驗(yàn)測(cè)量它們的階躍響應(yīng)曲線。實(shí)驗(yàn)六具有內(nèi)部模型的狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步了解內(nèi)?？刂频脑?；2、掌握具有內(nèi)部模型的狀態(tài)反饋設(shè)計(jì)的方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. THBCC-1 型 信號(hào)與系統(tǒng)·控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2. PC 機(jī) 1 臺(tái)(含上位機(jī)軟件 )37 針通信線1 根3. 雙蹤慢掃

19、描示波器1 臺(tái)(可選 )三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 不引入內(nèi)部模型，按附錄中式(1)要求設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的模擬電路，并由實(shí)驗(yàn)求取其階躍響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)輸出；2. 設(shè)計(jì)該系統(tǒng)引入內(nèi)部模型后系統(tǒng)的模擬電路，并由實(shí)驗(yàn)觀測(cè)其階躍響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)輸出。四、實(shí)驗(yàn)原理系統(tǒng)極點(diǎn)任意配置（狀態(tài)反饋），僅從系統(tǒng)獲得滿意的動(dòng)態(tài)性能考慮，即使系統(tǒng)具有一組希望的閉環(huán)極點(diǎn)，而不能保證系統(tǒng)無(wú)靜差。為此，本實(shí)驗(yàn)在上一實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增加了系統(tǒng)內(nèi)部模型控制。經(jīng)典控制理論告訴我們，在系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)中，若含有某控制信號(hào)的極點(diǎn)，則該系統(tǒng)對(duì)此輸入信號(hào)就無(wú)誤差產(chǎn)生。據(jù)此，在具有狀態(tài)反饋系統(tǒng)的前向通道中引入R(s)的模型， 這樣使系統(tǒng)既具有理想的動(dòng)態(tài)性能，又有對(duì)該

20、輸入R(s)無(wú)靜差產(chǎn)生。有關(guān)具有內(nèi)部模型的狀態(tài)反饋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的模擬電路，請(qǐng)參見(jiàn)附錄。五、實(shí)驗(yàn)步驟1. 利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的模擬電路單元，設(shè)計(jì)（參考本實(shí)驗(yàn)附錄）并連接一個(gè)內(nèi)部模型控制系統(tǒng)的模擬電路。2. 無(wú)上位機(jī)時(shí)， 利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的階躍信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)階躍信號(hào)（最大值不能超過(guò)0.6V） 作為系統(tǒng)的輸入，用示波器觀測(cè)該系統(tǒng)的輸入與輸出。3. 有上位機(jī)時(shí)，則充分利用上位機(jī)提供的虛擬示波器與信號(hào)發(fā)生器的功能完成實(shí)驗(yàn)，具體操作步驟請(qǐng)參閱“實(shí)驗(yàn)一”的實(shí)驗(yàn)步驟3。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 畫出不引入內(nèi)部模型，只有狀態(tài)反饋系統(tǒng)的模擬電路圖，并由實(shí)驗(yàn)作出它的階躍響應(yīng)曲線和穩(wěn)態(tài)輸出。2. 畫出引入內(nèi)部模型后系統(tǒng)的

21、模擬電路圖，并由實(shí)驗(yàn)作出它的階躍響應(yīng)曲線和穩(wěn)態(tài)輸出。實(shí)驗(yàn)七狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步了解狀態(tài)觀測(cè)器的原理與結(jié)構(gòu)組成；2、用狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)估計(jì)值對(duì)系統(tǒng)的極點(diǎn)進(jìn)行任意配置。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. THBCC-1 型 信號(hào)與系統(tǒng)·控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2. PC 機(jī) 1 臺(tái)(含上位機(jī)軟件 )37 針通信線1 根PCI 數(shù)據(jù)采集卡1 塊3. 雙蹤低頻慢掃描示波器1 臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 設(shè)計(jì)受控系統(tǒng)和相應(yīng)狀態(tài)觀測(cè)器的模擬電路圖。2. 觀測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的狀態(tài)x(t)與觀測(cè)器的狀態(tài)估計(jì)值兩者是否一致。3. 觀測(cè)實(shí)際系統(tǒng)在狀態(tài)反饋前的階躍響應(yīng)和用觀測(cè)器的狀態(tài)進(jìn)行反饋后的

22、階躍響應(yīng)。四、實(shí)驗(yàn)原理狀態(tài)反饋雖然能使系統(tǒng)獲得滿意的動(dòng)態(tài)性能，但對(duì)于具體的控制系統(tǒng)，由于物理實(shí)現(xiàn)條件的限制， 不可能做到系統(tǒng)中的每一個(gè)狀態(tài)變量x 都有相應(yīng)的檢測(cè)傳感器。為此， 人們?cè)O(shè)想構(gòu)造一個(gè)模擬裝置，使它具有與被控系統(tǒng)完全相同的動(dòng)態(tài)方程和輸入信號(hào)。由于這種模擬裝置的狀態(tài)變量x?都能被檢測(cè)， 因此可采用它作為被控系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行反饋，這個(gè)模擬裝置稱為系統(tǒng)的狀態(tài)觀測(cè)器。為了能使在不同的初始狀態(tài)x(t0)=x(t0) ，使 x(t) 能以最快的速度趨于實(shí)際系統(tǒng)的狀態(tài)x(t)， 必須把狀態(tài)觀測(cè)器組成閉環(huán)形式，且它的極點(diǎn)配置距S 平面虛軸的距離至少大于狀態(tài)反饋系統(tǒng)的極點(diǎn)距虛軸的距離的五倍。有關(guān)本實(shí)驗(yàn)中狀

23、態(tài)觀測(cè)器的具體設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的模擬電路，請(qǐng)參見(jiàn)附錄。五、實(shí)驗(yàn)步驟1. 利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的模擬電路單元，設(shè)計(jì)（參考本實(shí)驗(yàn)附錄）并連接一個(gè)具有狀態(tài)觀測(cè)器的模擬電路。2. 無(wú)上位機(jī)時(shí)，利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的階躍信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)階躍信號(hào)（一般為 1V 左右）作為系統(tǒng)的輸入，用示波器觀測(cè)該系統(tǒng)的輸入與輸出，同時(shí)也可觀測(cè) x1 與 x1， x2 與 x2 測(cè)試點(diǎn)的跟蹤情況。3. 有上位機(jī)時(shí)，則充分利用上位機(jī)提供的虛擬示波器與信號(hào)發(fā)生器的功能完成實(shí)驗(yàn)，具體操作步驟請(qǐng)參閱“實(shí)驗(yàn)一”的實(shí)驗(yàn)步驟 3。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 根據(jù)對(duì)系統(tǒng)和觀測(cè)器的動(dòng)態(tài)性能要求，分別設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋矩陣K 和觀測(cè)器的校正矩陣G 。2. 畫出受控系統(tǒng)和觀

24、測(cè)器的模擬電路圖。3. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分別畫出實(shí)際系統(tǒng)的狀態(tài)x(t) 與觀測(cè)器的狀態(tài)估計(jì)值x(t)的曲線。4. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分別畫出未加狀態(tài)反饋前系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線和用觀測(cè)器的狀態(tài)估計(jì)值進(jìn)行反饋后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。實(shí)驗(yàn)八線性離散系統(tǒng)的全狀態(tài)反饋控制一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)并掌握用極點(diǎn)配置的方法，設(shè)計(jì)全狀態(tài)反饋的線性離散系統(tǒng)，并推導(dǎo)其控制算法；2、用混合仿真方法研究控制參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. THBCC-1 型 信號(hào)與系統(tǒng)·控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2. PC 機(jī) 1 臺(tái)(含上位機(jī)軟件 )37 針通信線1 根PCI 數(shù)據(jù)采集卡1 塊3. 雙蹤低頻慢掃描示波器1 臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 利用本實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一典型二階系統(tǒng)的全狀態(tài)反饋計(jì)算機(jī)控離散狀態(tài)空間設(shè)計(jì)法是利用離散狀態(tài)空間表達(dá)式，根據(jù)性能指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)出滿足要求的計(jì)算機(jī)控統(tǒng)