一、课程基本情况

二、课程性质与作用

《现代控制理论》是自动化专业的专业必修课程。本课程是经典控制理论的后续课程，通过课程内容学习，使学生树立现代控制理论的观念，能够运用现代控制理论的主要基本方法综合解决较为复杂的控制问题，并通过实验环节培养学生应用知识的能力。课程内容包括非线性系统特性、非线性系统相平面分析法、描述函数法，控制系统的状态空间描述，线性变换和特征值规范型，线性系统状态方程的解，状态的可控性与可观测性，可控性与可观测性判据，可控性与可观测性规范型，状态方程与传递函数阵，传递函数阵与可控性及可观测性的关系，状态反馈与输出反馈，反馈对可控性和可观测性的影响，单变量和多变量系统的极点配置，状态的全维观测器，李雅普诺夫稳定性概念，李雅普诺夫间接法和直接法，最优控制等。

三、实验教学内容与安排

实验一状态反馈控制系统的设计与实现

一、实验目的

1.掌握状态反馈和输出反馈的概念及性质。

2.掌握利用状态反馈进行极点配置的原理及方法，学会使用MATLAB求解状态反馈矩阵。

3.掌握利用Simulink建立系统状态反馈和输出反馈模型的方法。

二、实验设备

硬件：计算机

软件：MATLAB仿真软件，版本6.5及以上

三、实验原理

自行选择二阶系统模型及参数，设计实验程序（m文件代码和simulink仿真）及步骤，设计输出反馈和状态反馈，配置系统极点，分别测出两种情况下的系统阶跃响应；根据实验结果进行对比分析。

四、实验内容及步骤

1.自行选择二阶系统

,求解系统零点，极点和传递函数，并判断系统的可控性和可观测性。

2.选取三个状态反馈矩阵，求解闭环系统零点、极点和传递函数，判断闭环系统的可控性和可观测性是否发生变化，为什么。

3.选取三个输出反馈矩阵，求解闭环系统零点、极点和传递函数，判断闭环系统的可控性和可观测性是否发生变化，为什么。

4.在Simulink下建立系统仿真，测出两种反馈情况下的系统阶跃响应，并对结果进行分析。

五、实验报告要求

1.报告内容：

1)实验目的。

2)实验内容及要求。

3)实验方案设计。

4)实验结果。

5)实验规律分析与总结。

6)实验仿真程序清单。

2.报告要求：

1)实验报告以电子文档形式书写并打印后提交，图文并茂。

2)提交时间与方式要求：实验后一周内提交，过期提交不予受理。

实验二状态观测器的设计与实现

一、实验目的

1.掌握状态观测器的设计方法，熟悉分离定理，学会设计带有状态观测器的状态反馈系统。

2.学会使用MATLAB设计状态观测器。

3.掌握利用Simulink仿真建立带有状态观测器的状态反馈系统。

二、实验设备

硬件：计算机

软件：MATLAB仿真软件，版本6.5及以上

三、实验原理

1、自行选择二阶系统模型及参数，设计实验程序（m文件代码和Simulink仿真）及步骤，设计全维状态观测器，建立带有状态观测器的状态反馈系统。

四、实验内容及步骤

1.自行选择二阶系统

，求解系统零点，极点和传递函数，绘制系统单位阶跃响应曲线，确定系统动态性能。

2.设计状态反馈矩阵，求解状态反馈系统传递函数，并确定系统动态性能是否改善。

3.设计全维观测器，选取三种观测器极点，仿真状态观测器观测到的状态，建立带全维状态观测器的状态反馈系统的状态空间表达式，求解带全维观测器的状态反馈系统极点。

4.在Simulink下建立系统仿真，测出状态反馈系统的单位阶跃响应曲线和带全维状态观测器的状态反馈系统单位阶跃响应曲线，并对结果进行比较分析，验证两种反馈方式是否等价。

五、实验报告要求

1.报告内容：

1)实验目的。

2)实验内容及要求。

3)实验方案设计。

4)实验结果。

5)实验规律分析与总结。

6)实验仿真程序清单。

2.报告要求：

1)实验报告以电子文档形式书写并打印后提交，图文并茂。

2)提交时间与方式要求：实验后一周内提交，过期提交不予受理。