现代控制理论实验报告燕山大学

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 实验原理

1. 线性定常系统的数学模型

在MATLAB中，线性定常（linear time invariant, 简称为 LTI）系统可以用4种数学模型描述，即传递函数(TF)模型、零极点增益(ZPK)模型和状态空间(SS)模型以及SIMULINK结构图。前三种数学模型是用数学表达式表示的，且均有连续和离散两种类型，通常把它们统称为LTI模型。

1) 传递函数模型（TF 模型）

令单输入单输出线性定常连续和离散系统的传递函数分别为

Y(s)bmsm?bm?sm????b1s?b0 (1-1) G(s)??nU(s)s?an?1sn?1???a1s

现代控制理论实验报告

二〇一六年五月

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

G(s)?4 2s(s?1)(s?3)(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数tf( )转换为传递函数，并与原传递函数进行比较。

（4）将给定传递函数用函数ctrlts( )转换为能控标准型和能观测标准型。再将得到的能控标准型和能观测标准型用函数tf( )转换为传递

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

现代控制理论实验报告

学院：信息科学与工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级：0802 学号：0909081024 姓名：曾高峰 指导教师：袁艳 2010-12-31

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

① 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与传递函数相互转换的方法；

② 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“2.7 用MATLAB分析状态空间模型” 4、实验步骤

① 根据所给系统的传递函数或A、B、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。

② 在MATLAB界面下调试程序，并检查是否运行正确。 题1.1 已知SISO系统的传递函数为

s2?5s?8g(s)?4

s?2s3?6s2?3s?9（1）将其输入到MATLAB工作空间； （2）获得系统的状态空间模型。 1.

num=[1,5,8];den=[1,2,6,3,9];G=tf(num

中南大学 现代控制理论实验报告

学校：中南大学 学院：信息科学与工程学院 班级：测控 姓名： 学号：

指导老师：郭宇骞 时间：2015年

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

① 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与传递函数相互转换的方法；

② 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；

③ 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；

④ 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、实验原理说明

参考教材P56~59“2.7 用MATLAB分析状态空间模型” 参考教材P99~101“3.8 利用MATLAB求解系统的状态方程”

4、实验步骤

① 根据所给系统的传递函数或A、B、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。 ② 在MATLAB界面下调试程序，并检查是否运行正确。

③

河南工业大学

现代控制理论实验报告

姓 名： 朱建勇

班 级： 自动1306

学 号： 201323020601

现代控制理论 实验报告

学号: 201323020601 成绩评定:

专业: 自动化 班级: 自动1306 姓名: 朱建勇

一、实验题目：

线性系统状态空间表达式的建立以及线性变换

二、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。

题目：

班级：

姓名：

学号：得分： 二叉树的应用举例 信息一班 冯琴琴

120108010001

实验三 二叉树的应用举例

一、 实验目的

要求学生必须掌握二叉树的建立及先序、中序、后序三种遍历方式，在此基础上实现树的一些简单应用问题

二、 实验内容及步骤

1.二叉链表的建立，先（中、后）序遍历

输入：字符串序列

输出：先（中、后）序序列

处理方法：通过补虚结点，使二叉树中各实际结点均具有左右孩子，再对该二叉树按先序遍历进行输入。以字符串的形式:根、左子树、右子树定义一棵二叉树：

1) 空树以空白字符‘#’表示

2) 只含一个根结点的二叉树（图1示）以字符串‘A##’表示

3) 一般的二叉树，以图2为例，以下列字符串表示：AB#C##D##

4) 无论先序、中序、后序遍历二叉树，遍历时的搜索路线是相同的：从根节点出发，逆时针沿二叉树外

缘移动，对每个节点均途经三次。

先序遍历：第一次经过节点时访问。中序遍历：第二次经过节点时访问。后序遍历：第三次经过节点时访问

图1

图2

2. 统计二叉树中叶子结点的个数，计算二叉树的深度。

输入：字符串序列

输出：叶子结点的个数，二叉树的深度

处理方法：

1) 先序遍历二叉树。在遍历过程中查找叶子结点，并计数。由此，需在

题目：

班级：

姓名：

学号：得分： 二叉树的应用举例 信息一班 冯琴琴

120108010001

实验三 二叉树的应用举例

一、 实验目的

要求学生必须掌握二叉树的建立及先序、中序、后序三种遍历方式，在此基础上实现树的一些简单应用问题

二、 实验内容及步骤

1.二叉链表的建立，先（中、后）序遍历

输入：字符串序列

输出：先（中、后）序序列

处理方法：通过补虚结点，使二叉树中各实际结点均具有左右孩子，再对该二叉树按先序遍历进行输入。以字符串的形式:根、左子树、右子树定义一棵二叉树：

1) 空树以空白字符‘#’表示

2) 只含一个根结点的二叉树（图1示）以字符串‘A##’表示

3) 一般的二叉树，以图2为例，以下列字符串表示：AB#C##D##

4) 无论先序、中序、后序遍历二叉树，遍历时的搜索路线是相同的：从根节点出发，逆时针沿二叉树外

缘移动，对每个节点均途经三次。

先序遍历：第一次经过节点时访问。中序遍历：第二次经过节点时访问。后序遍历：第三次经过节点时访问

图1

图2

2. 统计二叉树中叶子结点的个数，计算二叉树的深度。

输入：字符串序列

输出：叶子结点的个数，二叉树的深度

处理方法：

1) 先序遍历二叉树。在遍历过程中查找叶子结点，并计数。由此，需在

现 代 控 制 理 论

实 验 报 告

实验课程： 现代控制理论 学生姓名： 熊林林 学 号： 6100312235 专业班级： 自动化121班

学生姓名： 熊林林 学 号： 6100312235 专业班级： 自动化121 班 实验类型：■ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新 实验日期： 实验成绩： 实验一 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。 1．继电特性

理想继电特性的特点是：当输入信号大于0时，输出U0=+M，输入信号小于0，输出U0=-M。 理想继电特性如图3-4-1所示，模拟电路见图3-4-5，图3-4-1中M值等于双向稳压管的稳压值。

图3-4-1 理想

中山大学实验报告：电子自旋共振 实验人：余雪媛 学号：10329033 日期：2012.10.22 & 10.29 （理工学院 10光信息1班 合作人：张伟娜）

一、【实验目的】

1. 研究了解自旋共振现象。

2. 测量ＤＰＰＨ中的朗德因子ｇ值。

3. 了解和掌握微波器件在电子自旋共振中的应用。

4. 利用样品有机自由基DPPH在谐振腔中的位置变化，探测微波磁场的情况，来确定微波波导波长λ。

二、【实验仪器】

图1 微波系统装配图

三、【实验原理】

2. 外磁场对原子能级的作用

3. 电子自旋共振研究的对象

4.ESR 和NMR 的区别：

四、【实验步骤】

1. 弄清楚本微波系统中各元件的作用。

2. 将霍尔探头置于磁场中心，旋转探头至高斯计读数最大值后固定，调节主机励磁电流，记录电压读数与高斯计读数，做电压-磁感应强度关系图，找出关系式。

3.调节短路活塞，示波器信号跳动幅度最大时，传输系统形成驻波状态，观察有几个这样的点。

4.将短路活塞置于传输系统共振点，调节励磁电源，观察示波器是否有共振吸收信号出现。调节到出现均匀的吸收信号时，再调节双T调配器与短路活塞使信号最大。

5.测量波导波长。移动短路活塞使谐振腔的长度等