现代控制理论实验指导书答案

《现代控制理论》实验指导书

自动化学院 自控实验室

实

法捷耶夫算法求解(sI?A)?1

一、实验目的及意义

了解控制系统的各种数学描述间的转换关系，并且考察学生的上机能力。

二、实验原理说明

已知系统的模型如式(1.1)示。

??Ax?Bu?x??y?Cx?Cux?Rnu?Rmy?Rp (1.1)

其中A为n×n维系数矩阵、B为n×m维输入矩阵 C为p×n维输出矩阵。系统的传递函数阵和状态空间表达式之间的关系

G(s)?C(SI?A)?1B?D

利用法捷耶夫算法可以求解

（sI?A）。设矩阵A的特征多项式为

?1?(s)?det(sI?A)?1?sn??1sn?1????n

则(sI?A)?1可以表示为

(sI?A)?1?1[Bn?1sn?1?Bn?2sn?2???B0] ?(s)以上两式中的?1，?2，…，?n 和Bn?1，Bn?2，…，B0可按下式来求

Bn?1?I ?1??tr(ABn?1) Bn?2?ABn?1??1I ?2??tr(ABn?2)/2

? ?

Bn?i?ABn?i?1

现代控制理论实验 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MATLAB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

(a) G(s)?4 2s(s?1)(s?3)

s2?6s?8(b) G(s)?2

s?4s?3

z2?z?1(c) G(z)?3

z?6z2?11z?6（1）建立系统的TF或ZPK模型。

（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。

（3）将给定传递函数用函数jordants( )转换为对角标准型或约当标准型。再将得到的对角标准型或约当标准型用函

《自动控制理论》实验指导书

实验一典型环节的电路模拟与数字仿真研究一、实验目的

通过实验熟悉各种典型环节的传递函数及其特性，掌握电路模拟和数字仿真研究方法。

二、实验内容

1．设计各种典型环节的模拟电路

2．编制获得各种典型环节阶跃特性的数字仿真程序。

3．完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。

4．运行所编制的程序，完成典型环节阶跃特性的数字仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。

三、实验步骤

1．熟悉实验设备，设计并连接各种典型环节（如：比例、积分、比例积分、比例微分、比例积分微分以及惯性环节）的模拟电路；

2．利用实验设备完成各典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响；

3．用MATLAB编写计算各典型环节阶跃响应的计算机仿真程序；

4．计算机上运行仿真程序，完成各典型环节阶跃特性的数字仿真研究，并与电路模拟测试的结果作比较。

5．分析实验结果，完成实验报告。

四、附录

1．比例(P)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应

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《自动控制理论》实验指导书

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比例环节的传递函数为：0

()

()

i

U s

K

U s

=

其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图1.1.1、图1.1.2和图1.

实验一 典型环节的MATLAB仿真 Experiment 1 MATLAB simulation of typical link

一、实验目的

1．熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。 2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。

3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、SIMULINK的使用

MATLAB中SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。利用SIMULINK功能模块可以快速的建立控制系统的模型，进行仿真和调试。

1．运行MATLAB软件，在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink命令，按Enter键或在工具栏单击

按钮，即可进入如图1-1所示的SIMULINK仿真环境下。

2．选择File菜单下New下的Model命令，新建一个simulink仿真环境常规模板。 3．在simulink仿真环境下，创建所需要的系统。 以图1-2所示的系统为例，说明基本设计步骤如下：

1）进入线性系统模块库，构建传递函数。点击simulink下的“Continuous”，再将右边窗口中“Transfer Fen”的图标用左键拖至

中北大学信息商务学院

汽车理论

实 验 报 告 书

专业: 姓名: 班级:

学号:

实验一 汽车动力道路性试验

一、实验目的

1．学会测定汽车直接档(或最高档)的加速过程和汽车起步，连续换档的加速过程性能参数。

2、掌握评定汽车的加速性能的方法。 二、实验所用仪器和设备

1. 皮卷尺2. 秒表3. 第五车轮仪4. 标杆5. 长安微客 三、实验方法和步骤

1. 实验前，选择并布置好实验路段，其长度视待试汽车而定，以不短于加速行程的两倍为宜。在路段两端各竖两根标杆作为标志。

2. 实验时，汽车先以直接挡的最低稳定速度行驶。当汽车进入实验路段的起点时，试验人发出信号，驾驶员迅速将加速踏板踩到底使汽车加速行驶，同时记下加速开始的时间。

3. 进行6次加速时间。记录汽车在直接挡加速过程中的时间和速度的关系。 4. 以同样的方法在相反方向做第二次试验。两次记录取平均值。 四、实验结果与分析

将速度—加速时间数据填入表中，并根据记录的结果绘制加速性能曲线

v(k

实验一 电阻元件伏安特性的测绘

一．实验目的

1．掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法； 2．学习恒电源、直流电压表、电流表的使用方法。

二．原理说明

任一二端电阻元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系U＝f(I)来表示，即用U－I平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该电阻元件的伏安特性曲线。根据伏安特性的不同，电阻元件分两大类：线性电阻和非线性电阻。线性电阻元件的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1－1中（a）所示，该直线的斜率只由电阻元件的电阻值R决定，其阻值为常数，与元件两端的电压U和通过该元件的电流I无关；非线性电阻元件的伏安特性是一条经过坐标原点的曲线，其阻值R不是常数，即在不同的电压作用

II0U0UI(a)(b)I0UU0(c)(d)图5－11

下，电阻值是不同的，常见的非线性电阻如白炽灯丝、普通二极管、稳压二极管等，它们的伏安特性如图1－1中（b）、（c）、（d）。在图1－1中，U 〉0的部分为正向特性，U〈 0的部分为反向特性。

绘制伏安特性曲线通常采用逐点测试法，即在不同的端电压作用下，测量出相应的电流，然后逐点绘制出伏安特性曲线，根据伏安特性曲线便可计算其电阻值。

三．

运动控制系统 实验指导书

湖南文理学院电气工程系

潘湘高编

2012年3月

实验注意事项

实验注意事项

（一）“综合实验台” 及其挂箱初次使用或较长时间未用时，实验前务必对“实验台”及其挂箱进行全面检查和单元环节调试。

（二）实验前，务必设置“状态”开关（直流、调试、串调、调压），并按下表正确选择主变压器二次侧相电压，认真检查各开关和旋钮的位置以及实验接线是否正确，经教师审核、检查无误后方可开始实验。

主变压器二次侧抽头输出电压及其适用范围

转换开关SC位号 0 1 220／127V 2 170／98V 3 104V／60V 二次电压（线／相） ～ 380／220V 适 用 范 围 线电压380V鼠笼电机220V直流电动机可逆调线电压220V的 110V直流电 变频调速、调压调速及速、线电压220V鼠笼电绕线机串级调速 动机可逆调速 绕线电机的串级调速。 机变频调速与调压调速。 注：线电压 ～ 380V的交流机允许D／Y接线；线电压 ～ 220V的交流机 ～ 380V电源时只准Y接线。

（三）出现任何异常，务必立即切除实验台总电源，（即分断空开“Q” ）。 （四）为防止调速系统的振荡，在接入调节器时必须同时接入RC阻

运动控制系统 实验指导书

湖南文理学院电气工程系

潘湘高编

2012年3月

实验注意事项

实验注意事项

（一）“综合实验台” 及其挂箱初次使用或较长时间未用时，实验前务必对“实验台”及其挂箱进行全面检查和单元环节调试。

（二）实验前，务必设置“状态”开关（直流、调试、串调、调压），并按下表正确选择主变压器二次侧相电压，认真检查各开关和旋钮的位置以及实验接线是否正确，经教师审核、检查无误后方可开始实验。

主变压器二次侧抽头输出电压及其适用范围

转换开关SC位号 0 1 220／127V 2 170／98V 3 104V／60V 二次电压（线／相） ～ 380／220V 适 用 范 围 线电压380V鼠笼电机220V直流电动机可逆调线电压220V的 110V直流电 变频调速、调压调速及速、线电压220V鼠笼电绕线机串级调速 动机可逆调速 绕线电机的串级调速。 机变频调速与调压调速。 注：线电压 ～ 380V的交流机允许D／Y接线；线电压 ～ 220V的交流机 ～ 380V电源时只准Y接线。

（三）出现任何异常，务必立即切除实验台总电源，（即分断空开“Q” ）。 （四）为防止调速系统的振荡，在接入调节器时必须同时接入RC阻

运动控制系统 实验指导书

湖南文理学院电气工程系

潘湘高编

2012年3月

实验注意事项

实验注意事项

（一）“综合实验台” 及其挂箱初次使用或较长时间未用时，实验前务必对“实验台”及其挂箱进行全面检查和单元环节调试。

（二）实验前，务必设置“状态”开关（直流、调试、串调、调压），并按下表正确选择主变压器二次侧相电压，认真检查各开关和旋钮的位置以及实验接线是否正确，经教师审核、检查无误后方可开始实验。

主变压器二次侧抽头输出电压及其适用范围

转换开关SC位号 0 1 220／127V 2 170／98V 3 104V／60V 二次电压（线／相） ～ 380／220V 适 用 范 围 线电压380V鼠笼电机220V直流电动机可逆调线电压220V的 110V直流电 变频调速、调压调速及速、线电压220V鼠笼电绕线机串级调速 动机可逆调速 绕线电机的串级调速。 机变频调速与调压调速。 注：线电压 ～ 380V的交流机允许D／Y接线；线电压 ～ 220V的交流机 ～ 380V电源时只准Y接线。

（三）出现任何异常，务必立即切除实验台总电源，（即分断空开“Q” ）。 （四）为防止调速系统的振荡，在接入调节器时必须同时接入RC阻

实验一 AMI码、HDB3码编译码实验

一、实验目的

1、了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点； 2、掌握AMI码、HDB3码的编、译码规则、工作原理及实验方法； 3、熟悉从AMI码、HDB3码中提取位同步信号的原理及方法。

二、实验内容

1、 AMI编译码实验及位同步信号提取实验。 2、 HDB3编译码实验及位同步信号提取实验。

三、实验仪器及设备

1、20MHZ双踪示波器 GOS-6021 1台 2、函数信号发生器/计数器 SP1641bB 1台 3、直流稳压电源 GPS-X303/C 1台 4、HDB3编译码实验箱 1个

四、实验原理

PCM信号在电缆信道中传输时一般采用基带传输方式。但在实际的基带传输系统中，不能简单地将PCM编码器输出的单极性码序列直接送入信道传输，因为单极性码序列的功率谱中含有丰富的直流分量和较多的低频分量，不适于直接送入用变压器耦合的电缆信道中传输，为了获得优质的传输质量，一般是将单极性码序列进行码型变换，以适应传输信道特性的要求。

(一)传输码型的选