第三届《中国科学》控制科学热点问题研讨会在西安举行
第三届《中国科学》控制科学热点问题研讨会于10月6-8日在西安举行。会议由中国自动化学会控制理论专业委员会（TCCT）和《中国科学：信息科学》（SCIS）编辑部主办，西北工业大学、信息融合技术教育部重点实验室、陕西省交通安全监控网络工程实验室承办。本届会议旨在为控制科学与工程及其交叉学科的国内外学者提供一个高端学术交流平台，展示最新理论与技术成果；加强SCIS与同行学者们的交流与互动，进一步提高SCIS为广大作者和读者服务的质量。
开幕式由西北工业大学许斌教授主持。首先，西北工业大学校长助理张艳宁教授致欢迎辞，向各位学界专家学者的到来表示热烈欢迎。随后，TCCT主任、SCIS副主编张纪峰研究员致开幕词，张纪峰研究员代表主办单位对研讨会的顺利召开表示祝贺。TCCT委员武汉科技大学柴利教授、北京航空航天大学段海滨教授、北京科技大学贺威教授、上海大学罗均教授、西北工业大学潘泉教授、中科院数学与系统科学研究院齐洪胜副研究员、北京科技大学孙长银教授、北京理工大学孙健教授、哈尔滨工业大学吴立刚教授、南京理工大学徐胜元教授、华中科技大学曾志刚教授、上海交通大学张卫东教授，以及来自各高校的专家学者共31人做大会报告（见附件1）。
会议合影
附件1
报告题目（按报告顺序）报告人Model Driven Deep Learning 徐宗本电动汽车动态无线充电系统的控制理论与关键技术苏宏业时滞系统稳定性分析的不等式方法徐胜元基于机器人技术的医工结合研究罗均基于磁流体的光纤磁场传感器技术赵勇无人机集群自主飞行控制段海滨无人机感知规避技术发展与挑战潘泉Event-Triggered Sliding Mode Control of Stochastic Systems 吴立刚面向实际控制系统需求的高效先进设计理论张卫东柔性结构振动控制及应用孙长银高性能四足仿生机器人李贻斌飞行机器人的自主行为韩建达网络群体智能浅析虞文武混杂网络协同控制与优化唐漾全状态约束系统的自适应控制方法研究进展刘艳军切换系统时间驱动切换控制赵旭东仿生扑翼飞行机器人控制系统设计与研究贺威静不稳定高超声速飞行器自适应控制许斌非线性系统迭代自适应动态规划最优控制魏庆来复杂工业过程模式控制栾小丽机器人灵巧操作的经验学习方法孙富春设备寿命预测技术胡昌华多智能体系统一致性控制的图信号处理方法柴利非线性动态系统的运行优化控制付俊无人系统的自学习优化决策与控制技术徐昕多逼近器协同控制及应用陈谋流程工业大数据建模与应用葛志强Partition-Based Solutions of Static Logical Systems and Its Applications 齐洪胜工业信息物理融合系统虚假数据注入攻击孙健基于忆阻的神经形态系统分析与设计曾志刚微型环芯腔系统中的量子控制张靖
《现代控制理论》复习题1 一、（10分，每小题2分）试判断以下结论的正确性，若结论是正确的，则在其左边的括号 里打√，反之打×。 （ √ ）1. 由一个状态空间模型可以确定惟一一个传递函数。 （ × ）2. 若一个对象的连续时间状态空间模型是能控的，则其离散化状态空间模型也一定 是能控的。 （ × ）3. 对一个给定的状态空间模型，若它是状态能控的，则也一定是输出能控的。 （ √ ）4. 对系统Ax x = ，其Lyapunov 意义下的渐近稳定性和矩阵A 的特征值都具有负实部是一致的。 二、（15分）考虑由下式确定的系统： 2 33 )(2+++= s s s s G 试求其状态空间实现 的能控标准型、能观标准型和对角线标准型，并画出能控标准型的状态变量图。 解： 能控标准形为 []? ? ? ???=?? ????+??????? ?????--=??????21212113103210x x y u x x x x 能观测标准形为 []? ? ? ???=??????+??????????? ?--=??????21212110133120x x y u x x x x 对角标准形为 []? ? ? ???-=??????+????????????--=??????21212112112001x x y u x x x x 三、（10分）在线性控制系统的分析和设计中，系统的状态转移矩阵起着很重要的作用。对系统 x x ?? ????--=3210 求其状态转移矩阵。 解：解法1。 容易得到系统状态矩阵A 的两个特征值是2, 121-=-=λλ，它们是不相同的，故系统的
实验报告 ( 2016-2017年度第二学期) 名称：《现代控制理论基础》 题目：状态空间模型分析 院系：控制科学与工程学院 班级： ___ 学号： __ 学生姓名： ______ 指导教师： _______ 成绩： 日期： 2017年 4月 15日
线控实验报告 一、实验目的： l.加强对现代控制理论相关知识的理解； 2.掌握用 matlab 进行系统李雅普诺夫稳定性分析、能控能观性分析； 二、实验内容 1 第一题：已知某系统的传递函数为G (s) S23S2 求解下列问题： （1）用 matlab 表示系统传递函数 num=[1]; den=[1 3 2]; sys=tf(num,den); sys1=zpk([],[-1 -2],1); 结果： sys = 1 ------------- s^2 + 3 s + 2 sys1 = 1 ----------- (s+1) (s+2) （2）求该系统状态空间表达式： [A1,B1,C1,D1]=tf2ss(num,den); A = -3-2 10 B = 1 C = 0 1
第二题：已知某系统的状态空间表达式为： 321 A ,B,C 01：10 求解下列问题： （1）求该系统的传递函数矩阵： （2）该系统的能观性和能空性： （3）求该系统的对角标准型： （4）求该系统能控标准型： （5）求该系统能观标准型： （6）求该系统的单位阶跃状态响应以及零输入响应：解题过程： 程序： A=[-3 -2;1 0];B=[1 0]';C=[0 1];D=0; [num,den]=ss2tf(A,B,C,D); co=ctrb(A,B); t1=rank(co); ob=obsv(A,C); t2=rank(ob); [At,Bt,Ct,Dt,T]=canon(A,B,C,D, 'modal' ); [Ac,Bc,Cc,Dc,Tc]=canon(A,B,C,D, 'companion' ); Ao=Ac'; Bo=Cc'; Co=Bc'; 结果： （1） num = 0 01 den = 1 32 （2）能控判别矩阵为： co = 1-3 0 1 能控判别矩阵的秩为： t1 = 2 故系统能控。 （3）能观判别矩阵为： ob = 0 1
自动化专业研究生方向及高校排名 控制理论与控制工程 课程设置矩阵论，泛函分析，线性系统理论，优化理论与最优控制，非线性控制系统理论，智能控制，自适应控制，鲁棒控制，系统辨识与建模，随机过程与随机控制，离散事件系统理论，控制系统的计算机辅助设计与仿真，机器人控制等。 检测技术与自动化装置 课程设置矩阵分析，数学物理方程，误差分析，现代控制理论，近代物理基础，电磁场理论，检测理论，信号处理，传感器与自动检测技术，自动测试与故障诊断技术，仪表智能化技术，仪表可靠性技术，工业计算机网络和集散控制系统，过程模型化与软测量技术等。 系统工程 课程设置数理统计及随机过程，矩阵论，最优化理论与方法，系统工程导论，系统工程方法论，管理信息系统与决策支持系统，信息工程，系统建模与仿真，现代控制理论基础，智能控制，计算机网络理论与技术，复杂系统分析，经济系统分析（宏观和微观）等。 模式识别与智能系统 课程设置随机过程与数理统计，矩阵论，优化理论，近世代数，数理逻辑，数字信号处理，图象处理与分析，模式识别，计算机视觉，人工智能，机器人学，计算智能，非线性理论（如分形、混沌等），控制理论，系统分析与决策，计算机网络理论等。 导航、制导与控制 课程设置矩阵论，泛函分析，数值分析，线性系统理论，随机过程与滤波，系统辨识，计算机控制系统，最优控制，运动体控制与制导系统，导航系统，火力控制技术，传感技术及应用，信息融合技术，系统建模与仿真，人工智能等。 控制理论与控制工程排名学科代码：081101 1 清华大学A++ 081101控制理论与控制工程 2 山东大学A++ 081101控制理论与控制工程 3 北京科技大学A++ 081101控制理论与控制工程 4 上海交通大学A++ 081101控制理论与控制工程 5 东北大学A++ 081101控制理论与控制工程 6 浙江大学A++ 081101控制理论与控制工程 7 同济大学A+ 081101控制理论与控制工程 8 西北工业大学A+ 081101控制理论与控制工程 9 南开大学A+ 081101控制理论与控制工程 10 华南理工大学A+ 081101控制理论与控制工程
电气学科大类 07 级 《信号与控制综合实验》课程 实验报告 (基本实验二:自动控制理论基本实验) 姓名任传麒 学号U200715929 专业班号水利水电0702 指导教师 日期 实验成绩 评阅人
目录 实验十一二阶系统的模拟与动态性能研究 ....................... - 2 - 实验十二二阶系统的稳态性能研究 .................................... - 6 - 实验十四线性控制系统的设计与校正.............................. - 20 - 实验十六系统控制极点的任意配置 .................................. - 25 -
实验十一 二阶系统的模拟与动态性能研究 一．实验原理 典型二阶系统的方框图如图11-1： 其闭环传递函数为：2 2 2 2 2) (1)()(n n n s s k s Ts K s G s G s ωξωωφ++= ++= += 式中：T K KT n = = ωξ;21 ζ 为系统的阻尼比，ωn 为系统的无阻尼自然频率。常见的二阶系统有各种各样的物理系统，如简单的直流电机速度控制系统，温度控制等。调节系统的开环增益K ，或者时间常数T 可是系统的阻尼比分别为：1,10=<<ζζ和1>ζ三种。实验中能观测对应于这三种情况的系统阶跃响应曲线是完全不同的。 二阶系统可用图11-2所示的模拟电路图来模拟： 二．实验目的 1.掌握典型二阶系统动态性能指标的测试方法。
2.通过实验和理论分析计算比较，研究二阶系统的参数对其动态性能的影响。 三．实验内容 1.在实验装置上搭建二阶系统的模拟电路（参考图11-2）。 2.分别设置ξ=0；0<ξ<1；ξ>1，观察并记录r(t)为正负方波信号时的输出波形C(t)；分析此时相对应的各σp 、ts ，加以定性的讨论。 3.改变运放A 1的电容C ，再重复以上实验内容。 四．实验设备 1.电子模拟装置一台。 2.数字或模拟示波器一台。 五．实验步骤 根据实验内容，自行设计并完成实验步骤： 改变二阶系统模拟电路的开环增益K 或时间常数T ，观测当阻尼比ξ或无阻尼自然频率ωn 为不同值时系统的动态性能。 请于实验前根据实验内容考虑一下：改变阻尼比ξ时应该改变什么参数？改变运放A 1 的电容C 实际上又是改变了典型二阶系统的什么参数？改变增益K 以及时间常数T 是通过调什么参数来完成的？ 六．实验报告 1.图11-2的传递函数为：2 22 )(2 2 ++= TKs s T s φ，其中T=104C ，K=R 2/104 ??????? ??? ?= =???????? ==大小有关与电位器大小有关与电容222 R C 222222 ξωξωξωωn n n n K T T K T 2.（1）实验电路图如图11-2所示。 （2）实验数据： 0.68μ f=2.353Hz V p-p =2.0V 临界阻尼0.76Ω
控制理论与控制工程 课程设置矩阵论，泛函分析，线性系统理论，优化理论与最优控制，非线性控制系统理论，智能控制，自适应控制，鲁棒控制，系统辨识与建模，随机过程与随机控制，离散事件系统理论，控制系统的计算机辅助设计与仿真，机器人控制等。 检测技术与自动化装置 课程设置矩阵分析，数学物理方程，误差分析，现代控制理论，近代物理基础，电磁场理论，检测理论，信号处理，传感器与自动检测技术，自动测试与故障诊断技术，仪表智能化技术，仪表可靠性技术，工业计算机网络和集散控制系统，过程模型化与软测量技术等。
系统工程 课程设置数理统计及随机过程，矩阵论，最优化理论与方法，系统工程导论，系统工程方法论，管理信息系统与决策支持系统，信息工程，系统建模与仿真，现代控制理论基础，智能控制，计算机网络理论与技术，复杂系统分析，经济系统分析（宏观和微观）等。 模式识别与智能系统 课程设置随机过程与数理统计，矩阵论，优化理论，近世代数，数理逻辑，数字信号处理，图象处理与分析，模式识别，计算机视觉，人工智能，机器人
学，计算智能，非线性理论（如分形、混沌等），控制理论，系统分析与决策，计算机网络理论等。 导航、制导与控制 课程设置矩阵论，泛函分析，数值分析，线性系统理论，随机过程与滤波，系统辨识，计算机控制系统，最优控制，运动体控制与制导系统，导航系统，火力控制技术，传感技术及应用，信息融合技术，系统建模与仿真，人工智能等。 控制理论与控制工程排名学科代码：081101 1 清华大学A++ 081101控制理论与控制工程 2 山东大学A++ 081101控制理论与控制工程 3 北京科技大学A++ 081101控制理论与控制工程
《现代控制理论》复习题1 一、（10分，每小题2分）试判断以下结论的正确性，若结论是正确的，则在其左边的括号 里打√，反之打×。 （ √ ）1. 由一个状态空间模型可以确定惟一一个传递函数。 （ × ）2. 若一个对象的连续时间状态空间模型是能控的，则其离散化状态空间模型也一定 是能控的。 （ × ）3. 对一个给定的状态空间模型，若它是状态能控的，则也一定是输出能控的。 （ √ ）4. 对系统Ax x =&，其Lyapunov 意义下的渐近稳定性和矩阵A 的特征值都具有负实部是一致的。 二、（15分）考虑由下式确定的系统： 2 33 )(2+++= s s s s G 试求其状态空间实现的能 控标准型、能观标准型和对角线标准型，并画出能控标准型的状态变量图。 解： 能控标准形为 能观测标准形为 对角标准形为 三、（10分）在线性控制系统的分析和设计中，系统的状态转移矩阵起着很重要的作用。对系统 求其状态转移矩阵。 解：解法1。 容易得到系统状态矩阵A 的两个特征值是2,121-=-=λλ，它们是不相同的，故系统的矩阵 A 可以对角化。矩阵A 对应于特征值2,121-=-=λλ的特征向量是 取变换矩阵 []???? ??--==-1112121ννT ， 则 ? ? ????--=-21111 T 因此， ?? ? ???--==-20011 TAT D
从而， 解法2。拉普拉斯方法 由于 故 ?? ? ???+-+---=-==Φ----------t t t t t t t t At e e e e e e e e A sI L e t 222211 2222])[()( 解法3。凯莱-哈密尔顿方法 将状态转移矩阵写成 A t a I t a e At )()(10+= 系统矩阵的特征值是-1和-2，故 )(2)()()(10210t a t a e t a t a e t t -=-=-- 解以上线性方程组，可得 t t t t e e t a e e t a 2120)(2)(-----=-= 因此， ?? ? ???+-+---=+==Φ--------t t t t t t t t At e e e e e e e e A t a I t a e t 2222102222)()()( 四、（15分）已知对象的状态空间模型Cx y Bu Ax x =+=,&,是完全能观的，请画出观测器 设计的框图，并据此给出观测器方程，观测器设计方法。 解 观测器设计的框图： 观测器方程： 其中：x ~是观测器的维状态，L 是一个n ×p 维的待定观测器增益矩阵。 观测器设计方法： 由于 )](det[])(det[)](det[T T T T L C A I LC A I LC A I --=--=--λλλ 因此，可以利用极点配置的方法来确定矩阵L ，使得T T T L C A -具有给定的观测器极点。具体的方法有：直接法、变换法。 五、（15分）对于一个连续时间线性定常系统，试叙述Lyapunov 稳定性定理，并举一个二阶系统例子说明该定理的应用。 解 连续时间线性时不变系统的李雅普诺夫稳定性定理： 线性时不变系统Ax x =&在平衡点0=e x 处渐近稳定的充分必要条件是：对任意给定的对称正定矩阵Q ，李雅普诺夫矩阵方程Q PA P A T -=+有惟一的对称正定解P 。
第十二章自动化仪表基础知识 第一节测量误差知识 一、测量误差的基本概念 冶金生产过程大多具有规模大、流程长、连续化、自动化的特点，为了有效地进行工艺操作和生产控制，需要用各种类型的仪表去测量生产过程中各种变量的具体量值。虽然进行测量时所用的仪表和测量方法不同，但测量过程的机理是相同的，即都是将被测变量与其同种类单位的量值进行比较的过程。各种测量仪表就是实现这种比较的技术工具。对于在生产装置上使用的各种测量仪表，总是希望它们测量的结果准确无误。但是在实际测量过程中，往往由于测量仪表本身性能、安装使用环境、测量方法及操作人员疏忽等主客观因素的影响，使得测量结果与被测量的真实值之间存在一些偏差，这个偏差就称为测量误差。 二、测量仪表的误差。 误差的分类方法多种多样，如按误差出现的规律来分，可分为系统误差、偶然误差和疏失误差；按仪表使用的条件来分，有基本误差、辅加误差；按被测变量随时间变化的关系来分，有静态误差、动态误差；按与被测变量的关系来分，有定值误差、累计误差。测量仪表常凋的绝对误差、相对误差和引用误差是按照误差的数值表示来分类的。 1、绝对误差 绝对误差是指仪表的测量值与被测变量真实值之差。用公式表示为： △C=Cm-Cr 式（1-1） 试中Cm代表测量值，Cr代表真实值(简称真值)，△C代表绝对误差。事实上，被测变量的真实值并不能确切知道，往往用精确度比较高的标准仪器来测量同一被测变量，其测量结果当作被测变量的真实值。 绝对误差有单位和符号，但不能完整地反映仪表的准确度，只能反应某点的准确程度。我们将各点绝对误差中最大的称为仪表的绝对误差。绝对误差符号相反的值称为修正值。 2、相对误差 相对误差是指测量的绝对误差与被测变量之比。用公式表示为 式（1-2） 式中AC为测量的绝对误差，Cr为被测变量的真实值。 由上式可见，相对误差C0是一个比值，它能够客观地反映测量结果的准确度，通常以百分数表示。 如某化学反应釜中物料实际温度为300℃，仪表的示值为298．5℃。 求得测量的绝对误差 测量的相对误差 3、引用误差(相对折合误差或相对百分误差) 测量仪表的准确性不仅与绝对误差和相对误差有关，而且还与仪表的测量范围有关。工业仪表通常用引用误差来表示仪表的准确程度，即绝对值与测量范围上限或测量表量程的比值，以非分比表示：
华北电力大学 实验报告| | 实验名称状态空间模型分析 课程名称现代控制理论 | | 专业班级：自动化1201 学生姓名：马铭远 学号：2 成绩： 指导教师：刘鑫屏实验日期：4月25日
状态空间模型分析 一、实验目的 1.加强对现代控制理论相关知识的理解； 2.掌握用 matlab 进行系统李雅普诺夫稳定性分析、能控能观性分析； 二、实验仪器与软件 1. MATLAB7.6 环境 三、实验内容 1 、模型转换 图 1、模型转换示意图及所用命令 传递函数一般形式： MATLAB 表示为： G=tf(num,den)，，其中 num,den 分别是上式中分子，分母系数矩阵。 零极点形式： MATLAB 表示为：G=zpk(Z,P,K) ，其中 Z，P ，K 分别表示上式中的零点矩阵，极点矩阵和增益。 传递函数向状态空间转换：[A,B,C,D] = TF2SS(NUM,DEN)； 状态空间转换向传递函数：[NUM,DEN] = SS2TF(A,B,C,D,iu)---iu 表示对系统的第 iu 个输入量求传递函数；对单输入 iu 为 1。
例1：已知系统的传递函数为G（S）= 2 2 3 24 11611 s s s s s ++ +++ ,利用matlab将传递函数 和状态空间相互转换。 解：1.传递函数转换为状态空间模型： NUM=[1 2 4];DEN=[1 11 6 11]; [A,B,C,D] = tf2ss(NUM,DEN) 2.状态空间模型转换为传递函数： A=[-11 -6 -11;1 0 0;0 1 0];B=[1;0;0];C=[1 2 4];D=[0];iu=1; [NUM,DEN] = ss2tf(A,B,C,D,iu); G=tf(NUM,DEN) 2 、状态方程状态解和输出解 单位阶跃输入作用下的状态响应： G=ss(A,B,C,D);[y,t,x]=step(G);plot(t,x). 零输入响应 [y,t,x]=initial(G,x0)其中，x0 为状态初值。
0811控制科学与工程一级学科博士、硕士学位基本要求 第一部分学科概况和发展趋势 控制科学与工程以控制论、系统论、信息论为基础，以工程系统为主要对象，以数理方法和信息技术为主要工具，研究各种控制策略及控制系统的理论、方法和技术，是研究动态系统的行为、受控后的系统状态以及达到预期动静态性能的一门综合性学科。研究内容涵盖基础理论、工程设计和系统实现，是机械、电力、电子、化工、冶金、航空、航天、船舶等工程领域实现自动化不可缺少的理论基础和技术手段，在工业、农业、国防、交通、科技、教育、社会经济乃至生命系统等领域有着广泛应用。 本学科研究方法包括理论与实际相结合，定量与定性相结合，实验与仿真相结合，软件与硬件相结合，信息获取与利用相结合，系统认知与优化相结合，科学分析与工程实践相结合，解决工程控制问题与凝练控制科学问题相结合，事实性、概念性与程序性知识学习与分析、评价和创造的高层次认知能力相结合等。 控制科学与工程学科包括的学科方向是：控制理论与控制工程，检测技术与自动化装置，系统工程，模式识别与智能系统，导航、制导与控制，生物信息学，建模仿真理论与技术。 控制科学与工程学科在理论研究与工程实践相结合、军民结合和学科交叉融合等方面具有明显的特色与优势，对我国国民经济发展和国家安全发挥了重大作用，以控制科学与工程学科为基础的自动化技术是人类文明的标志。自动化技术的应用极大地提高了生产效率和产品质量，减轻了人类劳动的强度，降低了原材料和能源消耗，创造了
前所未有的经济效益和社会财富。自动化技术对实现国家实力的增长、生态环境的改善和人民生活水平的普遍提高具有重要意义。从航空航天到大规模的工业生产，从先进制造到供应链管理，从智能交通到楼宇自动化，从医疗仪器到家庭服务，自动化技术在提高生产效率的同时，也使我们的生活变得更加美好。自动化程度已成为衡量一个国家发展水平和现代化程度的重要指标。智能、生物、网络等新兴科学与技术的发展赋予控制科学与工程学科新的内涵，使其超越了时空的限制，增强了学科所涉及的不确定性、多样性和复杂性，既使学科发展面临巨大的挑战，也获得了前所未有的发展机遇。 第二部分博士学位的基本要求 一、获本学科博士学位应掌握的基本知识及结构 本学科博士生应具备控制科学与工程领域中坚实宽广的基础理论及系统深入的专门知识；还要具备与数理方法、计算机科学、网络与通信技术、信息获取与信息处理等相结合的跨学科领域知识结构；同时，也应掌握控制科学与工程的国家重大需求和国际学术前沿等知识。本学科博士生的知识结构主要由基础理论知识、专业知识、工具性知识和跨学科知识构成。其中，专业知识由本学科核心理论和针对不同研究方向设置的选修课程组成。 对本学科博士生知识体系的基本要求包括：①掌握本学科坚实宽广的基础理论，做到综合运用，能够解决本学科的科学技术问题；②掌握本学科系统深入的专业知识，能够解决控制科学与工程问题；③掌握本学科的前沿动态，在跟踪领域前沿的基础上开展原创性的研究工作；④掌握交叉学科相关知识，开展跨学科特别是新兴交叉学科的
哈工大2010年春季学期 现代控制理论基础 试题A 答案 一．（本题满分10分） 如图所示为一个摆杆系统，两摆杆长度均为L ，摆杆的质量忽略不计，摆杆末端两个质量块（质量均为M ）视为质点，两摆杆中点处连接一条弹簧，1θ与2θ分别为两摆杆与竖直方向的夹角。当12θθ=时，弹簧没有伸长和压缩。水平向右的外力()f t 作用在左杆中点处，假设摆杆与支点之间没有摩擦与阻尼，而且位移足够小，满足近似式sin θθ=，cos 1θ=。 （1）写出系统的运动微分方程； （2）写出系统的状态方程。 【解】 （1）对左边的质量块，有 ()2111211cos sin sin cos sin 222 L L L ML f k MgL θθθθθθ=?-?-?- 对右边的质量块，有 ()221222sin sin cos sin 22 L L ML k MgL θθθθθ=?-?- 在位移足够小的条件下，近似写成： ()112124f kL ML Mg θθθθ=--- ()21224kL ML Mg θθθθ=--
即 112442k g k f M L M ML θθθ??=-+++ ??? 21244k k g M M L θθθ??=-+ ??? （2）定义状态变量 11x θ=，21x θ=，32x θ=，42x θ= 则 12 2133441344244x x k g k f x x x M L M ML x x k k g x x x M M L =?? ???=-+++ ???? ? =????=-+? ????? 或写成 11 22334401 000014420001000044x x k g k x x M L M f ML x x x x k k g M M L ? ? ?? ?????????? ??-+???? ? ??????????=+??? ? ????? ?????????????????? ?????-+?? ? ? ?????? ? 二．（本题满分10分） 设一个线性定常系统的状态方程为= x Ax ，其中22R ?∈A 。 若1(0)1?? =??-??x 时，状态响应为22()t t e t e --??=??-?? x ；2(0)1??=??-??x 时，状态响应为 2()t t e t e --?? =??-?? x 。试求当1(0)3??=????x 时的状态响应()t x 。 【解答】系统的状态转移矩阵为()t t e =A Φ，根据题意有 221()1t t t e t e e --????==????--???? A x 22()1t t t e t e e --????==????--???? A x 合并得
自动控制原理实验 实验报告 实验三闭环电压控制系统研究
学号姓名 时间2014年10月21日评定成绩审阅教师
实验三闭环电压控制系统研究 一、实验目的： （1）通过实例展示，认识自动控制系统的组成、功能及自动控制原理课程所要解决的问题。 （2）会正确实现闭环负反馈。 （3）通过开、闭环实验数据说明闭环控制效果。 二、预习与回答： （1）在实际控制系统调试时，如何正确实现负反馈闭环？ 答：负反馈闭环，不是单纯的加减问题，它是通过增量法实现的，具体如下： 1.系统开环； 2.输入一个增或减的变化量； 3.相应的，反馈变化量会有增减； 4.若增大，也增大，则需用减法器； 5.若增大，减小，则需用加法器，即。 （2）你认为表格中加1KΩ载后，开环的电压值与闭环的电压值，哪个更接近2V？ 答：闭环更接近。因为在开环系统下出现扰动时，系统前部分不会产生变化。故而系统不具有调节能力，对扰动的反应很大，也就会与2V相去甚远。 但在闭环系统下出现扰动时，由于有反馈的存在，扰动产生的影响会被反馈到输入端，系统就从输入部分产生了调整，经过调整后的电压值会与2V相差更小些。
因此，闭环的电压值更接近2V。 （3）学自动控制原理课程，在控制系统设计中主要设计哪一部份？ 答：应当是系统的整体框架及误差调节部分。对于一个系统，功能部分是“被控对象” 部分，这部分可由对应专业设计，反馈部分大多是传感器，因此可由传感器的专业设计，而自控原理关注的是系统整体的稳定性，因此，控制系统设计中心就要集中在整个系统的协调和误差调节环节。 二、实验原理： （1）利用各种实际物理装置（如电子装置、机械装置、化工装置等）在数学上的“相似性”，将各种实际物理装置从感兴趣的角度经过简化、并抽象成相同的数学形式。我们在设计控制系统时，不必研究每一种实际装置，而用几种“等价”的数学形式来表达、研究和设计。又由于人本身的自然属性，人对数学而言，不能直接感受它的自然物理属性，这给我们分析和设计带来了困难。所以，我们又用替代、模拟、仿真的形式把数学形式再变成“模拟实物”来研究。这样，就可以“秀才不出门，遍知天下事”。 实际上，在后面的课程里，不同专业的学生将面对不同的实际物理对象，而“模拟实物”的实验方式可以做到举一反三，我们就是用下列“模拟实物”——电路系统，替代各种实际物理对象。 （2）自动控制的根本是闭环，尽管有的系统不能直接感受到它的闭环形式，如步进电机控制，专家系统等，从大局看，还是闭环。闭环控制可以带来想象不到的好处，本实验就是用开环和闭环在负载扰动下的实验数据，说明闭环控制效果。自动控制系统性能的优劣，其原因之一就是取决调节器的结构和算法的设计（本课程主要用串
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MA TLAB 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MA TLAB 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 243258()2639 s s g s s s s s ++=++++ （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 112233010100134326x x x x u x x ????????????????=+????????????????----????????，[]123100x y x x ????=?????? （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 ① 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； ② 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； ③ 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）根据所给系统的状态方程，依据系统状态方程的解的表达式，采用MA TLAB 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
控制科学与工程专业介绍 控制科学与工程是一门研究控制的理论、方法、技术及其工程应用的学科。它是20世纪最重要的科学理论和成就之一，它的各阶段的理论发展及技术进步都与生产和社会实践需求密切相关。11世纪我国北宋时代发明的水运仪象台就体现了闭环控制的思想。到18世纪，近代工业采用了蒸汽机调速器。但直到20世纪20年代逐步建立了以频域法为主的经典控制理论并在工业中获得成功应用，才开始形成一门新兴的学科——控制科学与工程。此后，经典控制理论继续发展并在工业中获得了广泛的应用。在空间技术发展的推动下，50年代又出现了以状态空间法为主的现代控制理论，并相继发展了若干相对独立的学科分支，使本学科的理论和研究方法更加丰富。60年代以来，随着计算机技术的发展，许多新方法和技术进入工程化、产品化阶段，显著加快了工业技术更新的步伐。在控制科学发展的过程中，模式识别和人工智能与控制相结合的研究变得更加活跃；由于对大系统的研究和控制学科向社会、经济系统的渗透，形成了系统工程学科。特别是近20年来，非线性及具有不确定性的复杂系统向“控制科学与工程”提出了新的挑战，进一步促进了本学科的迅速发展。目前，本学科的应用已经遍及工业、农业。交通、环境、军事、生物、医学、经济、金融、人口和社会各个领域，从日常生活到社会经济无不体现本学科的作用。 控制科学以控制论、信息论、系统论为基础，研究各领域内独立
于具体对象的共性问题，即为了实现某些目标，应该如何描述与分析对象与环境信息，采取何种控制与决策行为。它对于各具体应用领域具有一般方法论的意义，而与各领域具体问题的结合，又形成了控制工程丰富多样的内容。本学科的这一特点，使它对相关学科的发展起到了有力的推动作用，并在学科交叉与渗透中表现出突出的活力。例如：它与信息科学和计算机科学的结合开拓了知识工程和智能机器人领域。与社会学、经济学的结合使研究的对象进入到社会系统和经济系统的范畴中。与生物学、医学的结合更有力地推动了生物控制论的发展。同时，相邻学科如计算机、通信、微电子学和认知科学的发展也促进了控制科学与工程的新发展，使本学科所涉及的研究领域不断扩大。 本学科下设五个二级学科：控制理论与控制工程，检测技术与自动化装置，系统工程，模式识别与智能系统，导航、制导与控制。各二级学科的主要研究范畴及相互联系如下。 “控制理论与控制工程”学科以工程领域内的控制系统为主要对象，以数学方法和计算机技术为主要工具，研究各种控制策略及控制系统的建模、分析、综合、设计和实现的理论、技术和方法。 “检测技术与自动化装置”是研究被控对象的信息提取、转换、传递与处理的理论、方法和技术的一门学科。它的理论基础涉及现代物理、控制理论、电子学、计算机科学和计量科学等，主要研究领域包括新的检测理论和方法，新型传感器，自动化仪表和自动检测系统，以及它们的集成化、智能化和可靠性技术。
哈工大2010 年春季学期 现代控制理论基础 试题B 答案 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 卷面分 作业分 实验分 总分 满分值 10 10 10 10 10 10 10 10 80 10 10 100 得分值 第 1 页 （共 8 页） 班号 姓名 一．（本题满分10分） 请写出如图所示电路当开关闭合后系统的状态方程和输出方程。其中状态变量的设置如图所示，系统的输出变量为流经电感2L 的电流强度。 【解答】根据基尔霍夫定律得： 1113222332 1L x Rx x u L x Rx x Cx x x ++=?? +=??+=? 改写为1 13111 22 322 31 211111R x x x u L L L R x x x L L x x x C C ? =--+?? ?=-+???=-?? ，输出方程为2y x = 写成矩阵形式为
[]11 111222 2 331231011000110010R L L x x L R x x u L L x x C C x y x x ??? --???????????????? ???????=-+???? ??????? ??????????????? ? ???-?????? ? ? ??? ?? ?=??? ?????? 二．（本题满分10分） 单输入单输出离散时间系统的差分方程为 (2)5(1)3()(1)2()y k y k y k r k r k ++++=++ 回答下列问题： （1）求系统的脉冲传递函数； （2）分析系统的稳定性； （3）取状态变量为1()()x k y k =，21()(1)()x k x k r k =+-，求系统的状态空间表达式； （4）分析系统的状态能观性。 【解答】 （1）在零初始条件下进行z 变换有： ()()253()2()z z Y z z R z ++=+ 系统的脉冲传递函数： 2()2 ()53 Y z z R z z z +=++ （2）系统的特征方程为 2()530D z z z =++= 特征根为1 4.3z =-，20.7z =-，11z >，所以离散系统不稳定。 （3）由1()()x k y k =，21()(1)()x k x k r k =+-，可以得到 21(1)(2)(1)(2)(1)x k x k r k y k r k +=+-+=+-+ 由已知得 (2)(1)2()5(1)3()y k r k r k y k y k +-+=-+-112()5(1)3()r k x k x k =-+- []212()5()()3()r k x k r k x k =-+-123()5()3()x k x k r k =--- 于是有： 212(1)3()5()3()x k x k x k r k +=--- 又因为 12(1)()()x k x k r k +=+ 所以状态空间表达式为
您的本次作业分数为：97分单选题 1.下列不属于测试控制系统频率特性的方法的是： ? A 劳斯判据 ? B 输人输出曲线直接记录法 ? C 李沙育图形法 ? D 补偿法 单选题 2.不属于非线性特性的是： ? A 齐次性 ? B 饱和特性 ? C 继电器特性 ? D 死区特性 单选题 3.1惯性环节2积分环节3比例积分环节4比例积分微分环节, 其中属 于典型环节的是: ? A 13
? B 234 ? C 123 ? D 1234 单选题 4.伺服电机由于要克服摩擦和负载转矩，需要有一定的启动电压，这反 映了电机的: ? A 齐次性 ? B 饱和特性 ? C 继电器特性 ? D 死区特性 单选题 5.理想运算放大器的满足条件不包括： ? A 放大倍数为无限大 ? B 开环输入阻抗为0，输出阻抗无限大 ? C 通频带无限大 ? D 输入输出呈线性特性
单选题 6.控制系统性能分析，一般不包括： ? A 快速性 ? B 准确性 ? C 稳定性 ? D 可实现性 单选题 7.利用matlab进行控制系统实验属于： ? A 物理仿真 ? B 半物理仿真 ? C 数字仿真 ? D 实物验证 判断题 8.峰值时间对于过阻尼系统它是响应从终值的10％上升到90％所需要 的时间。 ?正确错误
判断题 9.一般而言，只要在阶跃信号输入下系统的时域响应能符合设计要求， 则在其它任何信号输入下，系统的动态性能指标能满足要求。 ?正确错误 判断题 10.输入信号为单位冲激函数时，求出系统的输出响应，称为单位阶跃 响应。 ?正确错误 判断题 11.超调量是指响应曲线超过阶跃输入的最大偏离量。 ?正确错误 判断题 12.功率放大器提供足够的电流供直流力矩电机使用，为了隔离功率放 大器与力矩电机，放大器要求具有较低的输出阻抗和较高的输入阻抗。
欢迎阅读 《现代控制理论》复习题1 一、（10分，每小题2分）试判断以下结论的正确性，若结论是正确的，则在其左边的括号里打√， 反之打×。 （ √ ）1. 由一个状态空间模型可以确定惟一一个传递函数。 （ × ）2. 若一个对象的连续时间状态空间模型是能控的，则其离散化状态空间模型也一定 是能控的。 （ × ）3. 对一个给定的状态空间模型，若它是状态能控的，则也一定是输出能控的。 （ √ ）4. 对系统Ax x = ，其Lyapunov 意义下的渐近稳定性和矩阵A 的特征值都具有负实部是一致的。 二、（15 解： 三、（ A 可以因此，从而，解法2由于 故? ?解法3。凯莱-哈密尔顿方法 将状态转移矩阵写成 A t a I t a e At )()(10+= 系统矩阵的特征值是-1和-2，故 )(2)()()(10210t a t a e t a t a e t t -=-=-- 解以上线性方程组，可得 t t t t e e t a e e t a 2120)(2)(-----=-=
因此， ?? ? ???+-+---=+==Φ--------t t t t t t t t At e e e e e e e e A t a I t a e t 2222102222)()()( 四、（15分）已知对象的状态空间模型Cx y Bu Ax x =+=, ,是完全能观的，请画出观测器设计 的框图，并据此给出观测器方程，观测器设计方法。 解 观测器设计的框图： 观测器方程： 其中：x ~是观测器的维状态，L 是一个n ×p 维的待定观测器增益矩阵。 观测器设计方法： 由于T T T T 因此，五、（解 Q 将矩阵A 根据塞尔维斯特方法，可得 04 5 det 02321>==?>= ?P 故矩阵P 是正定的。因此，系统在原点处的平衡状态是大范围渐近稳定的。 六、（10分）已知被控系统的传递函数是 试设计一个状态反馈控制律，使得闭环系统的极点为-1 ± j 。 解 系统的状态空间模型是 将控制器 []x k k u 10-= 代入到所考虑系统的状态方程中，得到闭环系统状态方程 该闭环系统的特征方程是 )2()3()det(012k k A I c ++++=-λλλ
化工自动化控制仪表特种作业人员安全生产培训大纲及考核标准1 范围 本标准规定了化工自动化控制仪表特种作业人员培训的要求，培训和再培训的内容及学时安排，以及考核的方法、内容，再培训考核的方法、要求与内容。 本标准适用于化工自动化控制仪表特种作业人员的培训与考核。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 《特种作业人员安全技术培训考核管理规定》（国家安全生产监督管理总局30号令）《危险化学品安全管理条例》（中华人民共和国国务院令第344号） 《气体防护急救管理规定》 GB/T 16483 化学品安全技术说明书内容和项目顺序 GB/T 13861-92 生产过程危险和有害因素分类与代码 GB 18218 重大危险源辨识 GB 11651 劳动防护用品选用规则 GB 50093-2002 自动化仪表工程施工及验收规范 ～15 爆炸性气体环境用电气设备 AQ3009-2007 危险场所电气安全防爆规范 AQ3021-2008 化学品生产单位吊装作业安全规范 AQ3022-2008 化学品生产单位动火作业安全规范 AQ3025-2008 化学品生产单位高处作业安全规范 AQ3026-2008 化学品生产单位设备检修作业安全规范 AQ3027-2008 化学品生产单位盲板抽堵作业安全规范 AQ3028-2008 化学品生产单位受限空间作业安全规范 HG/T 20507-2000 自动化仪表选型设计规定 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 化工自动化控制仪表作业特种作业人员Special operator of chemical industry automation control instrument 指化工自动化控制仪表系统安装、维修、维护的作业人员。 4 基本条件 取得化工自动化控制仪表作业上岗资格证； 无色弱、色盲等禁忌症； 培训前需在相应岗位实习3个月以上。 5 培训大纲 培训要求
自动控制原理实验报告 一、实验名称：一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 二、实验目的 1、了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系 2、学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法 3、学习阶跃响应的测试方法 三、实验内容 1、建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间常数T时的响应曲线，测定过渡过程时间T s 2、建立二阶系统电子模型，观测并记录不同阻尼比的响应曲线，并测定超调量及过渡过程时间T s 四、实验原理及实验数据 一阶系统 系统传递函数： 由电路图可得，取则K=1，T分别取：0.25, 0.5, 1 T 0.25 0.50 1.00 R2 0.25MΩ0.5M Ω1MΩ C 1μ1μ1μ T S 实测0.7930 1.5160 3.1050 T S 理论0.7473 1.4962 2.9927 阶跃响应曲线图1.1 图1.2 图1.3 误差计算与分析 （1）当T=0.25时，误差==6.12%； （2）当T=0.5时，误差==1.32%； （3）当T=1时，误差==3.58% 误差分析：由于T决定响应参数，而,在实验中R、C的取值上可能存在一定误差，另外，导线的连接上也存在一些误差以及干扰，使实验结果与理论值之间存在一定误差。但是本实验误差在较小范围内，响应曲线也反映了预期要求，所以本实验基本得到了预期结果。 实验结果说明 由本实验结果可看出，一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线，特征有T确定，T越小，过度过程进行得越快，系统的快速性越好。 二阶系统 图1.1 图1.2 图1.3
系统传递函数： 令 二阶系统模拟线路 0.25 0.50 1.00 R4 210.5 C2 111 实测45.8% 16.9% 0.6% 理论44.5% 16.3% 0% T S实测13.9860 5.4895 4.8480 T S理论14.0065 5.3066 4.8243 阶跃响应曲线图2.1 图2.2 图2.3 注：T s理论根据matlab命令[os,ts,tr]=stepspecs(time,output,output(end),5)得出，否则误差较大。 误差计算及分析 1）当ξ=0.25时，超调量的相对误差= 调节时间的相对误差= 2）当ξ=0.5时，超调量的相对误差==3.7% 调节时间的相对误差==3.4% 4）当ξ=1时，超调量的绝对误差= 调节时间的相对误差==3.46% 误差分析：由于本试验中，用的参量比较多，有R1,R2,R3,R4;C1,C2;在它们的取值的实际调节中不免出现一些误差，误差再累加，导致最终结果出现了比较大的误差，另外，此实验用的导线要多一点，干扰和导线的传到误差也给实验结果造成了一定误差。但是在观察响应曲线方面，这些误差并不影响，这些曲线仍旧体现了它们本身应具有的特点，通过比较它们完全能够了解阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系，不影响预期的效果。 实验结果说明 由本实验可以看出，当ωn一定时，超调量随着ξ的增加而减小，直到ξ达到某个值时没有了超调；而调节时间随ξ的增大，先减小，直到ξ达到某个值后又增大了。 经理论计算可知，当ξ=0.707时，调节时间最短，而此时的超调量也小于5%，此时的ξ为最佳阻尼比。此实验的ξ分布在0.707两侧，体现了超调量和调节时间随ξ的变化而变化的过程，达到了预期的效果。 图2.2 图2.1 图2.3