第9讲 基于Matlab的系统状态空间分析与设计

实验 6 极点配置与全维状态观测器的设计(优.选)

实验 6 极点配置与全维状态观测器的设计 一、实验目的 1. 加深对状态反馈作用的理解。 2. 学习和掌握状态观测器的设计方法。 二、实验原理 在MATLAB 中，可以使用acker 和place 函数来进行极点配置，函数的使用方法如下：K = acker(A,B,P) A，B为系统系数矩阵，P为配置极点，K为反馈增益矩阵。 K = place(A,B,P) A，B为系统系数矩阵，P为配置极点，K为反馈增益矩阵。 [K,PREC,MESSAGE] = place(A,B,P) A，B为系统系数矩阵，P为配置极点，K为反馈增益矩阵，PREC 为特征值，MESSAGE 为配置中的出错信息。 三、实验内容 1.已知系统 （1）判断系统稳定性，说明原因。 （2）若不稳定，进行极点配置，期望极点：-1，-2，-3，求出状态反馈矩阵k。 （3）讨论状态反馈与输出反馈的关系，说明状态反馈为何能进行极点配置？ （4）使用状态反馈进行零极点配置的前提条件是什么？ 1. （1） （2） 代码： a=[-2 -1 1;1 0 1;-1 0 1]; b=[1,1,1]'; p=[-1,-2,-3]'; K=acker(a,b,p) K = -1 2 4 （3）讨论状态反馈与输出反馈的关系, 说明状态反馈为何能进行极点配置?

在经典控制理论中,一般只考虑由系统的输出变量来构成反馈律，即输出反馈。在现代控制理论的状态空间分析方法中,多考虑采用状态变量来构成反馈律，即状态反馈。从状态空间模型输出方程可以看出，输出反馈可视为状态反馈的一个特例。状态反馈可以提供更多的补偿信息，只要状态进行简单的计算再反馈，就可以获得优良的控制性能。 (4)使用状态反馈配置极点的前提是系统的状态是完全可控的。 2.已知系统 设计全维状态观测器，使观测器的极点配置在12+j，12-j 。 （1）给出原系统的状态曲线。 （2）给出观测器的状态曲线并加以对比。（观测器的初始状态可以任意选取）观察实验结果，思考以下问题： （1）说明反馈控制闭环期望极点和观测器极点的选取原则。 （2）说明观测器的引入对系统性能的影响。 （1）A=[0 1;-3 -4]; B=[0;1]; C=[2 0]; D=[]; G=ss(A,B,C,D); x=0:0.001:5; U=0*(x<0)+1*(x>0)+1*(x==0); X0=[0 1]'; T=0:0.001:5; lsim(G,U,T,X0);

倒立摆状态空间极点配置控制实验实验报告

《现代控制理论》实验报告 状态空间极点配置控制实验 一、实验原理 经典控制理论的研究对象主要是单输入单输出的系统，控制器设计时一般需要有关被控对象的较精确模型，现代控制理论主要是依据现代数学工具，将经典控制理论的概念扩展到多输入多输出系统。极点配置法通过设计状态反馈控制器将多变量系统的闭环系统极点配置在期望的位置上，从而使系统满足瞬态和稳态性能指标。 １．状态空间分析 对于控制系统X = AX + Bu 选择控制信号为：u = ?KX 式中：X 为状态向量（ n 维）u 控制向量（纯量） A n × n维常数矩阵 B n ×1维常数矩阵 求解上式，得到 x(t) = (A ? BK)x(t) 方程的解为： x(t) = e( A?BK )t x(0) 状态反馈闭环控制原理图如下所示： 从图中可以看出，如果系统状态完全可控，K 选择适当，对于任意的初始状态，当t趋于无穷时，都可以使x(t)趋于0。 ２．极点配置的设计步骤 1) 检验系统的可控性条件。 2) 从矩阵 A 的特征多项式 来确定 a1, a2,……,an的值。 3) 确定使状态方程变为可控标准型的变换矩阵 T：T = MW 其中 M 为可控性矩阵， 4) 利用所期望的特征值，写出期望的多项式 5) 需要的状态反馈增益矩阵 K 由以下方程确定： 二、实验内容 针对直线型一级倒立摆系统应用极点配置法设计控制器，进行极点配置并用Matlab进行仿真实验。 三、实验步骤及结果 1.根据直线一级倒立摆的状态空间模型，以小车加速度作为输 入的系统状态方程为： 可以取1 l 。则得到系统的状态方程为： 于是有：

直线一级倒立摆的极点配置转化为： 对于如上所述的系统，设计控制器，要求系统具有较短的调整时间（约 3 秒）和合适的阻尼（阻尼比? = 0.5）。 2.采用四种不同的方法计算反馈矩阵 K。 方法一：按极点配置步骤进行计算。 1) 检验系统可控性，由系统可控性分析可以得到，系统的状态完全可控性矩阵的秩等于系统的状态维数(4)，系统的输出完全可控性矩阵的秩等于系统输出向量y 的维数(2)，所以系统可控。 倒立摆极点配置原理图 2) 计算特征值 根据要求，并留有一定的裕量（设调整时间为 2 秒），我们选取期望的闭环极点s =μi (i = 1,2,3,4) ，其中： 其中，μ 3,μ 4 使一对具有的主导闭环极点，μ 1 ,μ 2 位于 主导闭环极点的左边，因此其影响较小，因此期望的特征方程为： 因此可以得到： 由系统的特征方程： 因此有 系统的反馈增益矩阵为： 3) 确定使状态方程变为可控标准型的变换矩阵 T：T = MW 式中： M = 0 1.0000 0 0 1.0000 0 0 0 0 0.7500 0 5.5125 0.7500 0 5.5125 0 W = 0 -7.3500 -0.0000 1.0000 -7.3500 -0.0000 1.0000 0 -0.0000 1.0000 0 0 1.0000 0 0 0 于是可以得到： T = -7.3500 -0.0000 1.0000 0 0 -7.3500 -0.0000 1.0000 0 -0.0000 0.7500 0 -0.0000 0 -0.0000 0.7500 T’= -7.3500 0 0 -0.0000 -0.0000 -7.3500 -0.0000 0 1.0000 -0.0000 0.7500 -0.0000 0 1.0000 0 0.7500

实验一MATLAB系统的传递函数和状态空间表达式的转换

实验一 MATLAB 系统的传递函数和状态空间表达式的转换 一、 实验目的 1、学习多变量系统状态空间表达式的建立方法； 2、通过编程、上机调试，掌握多变量系统状态空间表达式与传递函数之间相互转换的方法； 3、掌握相应的MATLAB 函数。 二、 实验原理 设系统的模型如式（1.1）所示： ???+=+=D Cx y Bu Ax x ' x ''R ∈ u ∈R ’’’ y ∈R P (1.1) 其中A 为nXn 维系统矩阵、B 为nXm 维输入矩阵、C 为pXn 维输出矩阵，D 为直接传递函数。系统的传递函数和状态空间表达式之间的关系如式（1.2）所示 G(s)=num(s)/den(s)=C (SI-A)-1 B+D (1.2) 式（1.2）中，num(s)表示传递函数的分子阵，其维数是pXm ，den(s)表示传递函数的按s 降幂排列的分母。 表示状态空间模型和传递函数的MATLAB 函数如下： 函数ss （state space 的首字母）给出了状态空间模型，其一般形式是: sys=ss(A,B,C,D) 函数tf （transfer function 的首字母）给出了传递函数，其一般形式是:

G=tf(num ，den) 其中num 表示传递函数中分子多项式的系数向量（单输入单输出系统），den 表示传递函数中分母多项式的系数向量。 函数tf2ss 给出了传递函数的一个状态空间实现，其一般形式是: [A,B,C,D]=tf2ss(num,den) 函数ss2tf 给出了状态空间模型所描述系统的传递函数，其一般形式是: [num,den]=ss2tf(A,B,C,D,iu) 其中对于多输入系统，必须确定iu 的值。例如，若系统有三个输入u 1，u 2，u 3，则iu 必须是1、2、或3，其中1表示u 1,2表示u 2，3表示u 3。该函数的结果是第iu 个输入到所有输出的传递函数。 三.实验步骤及结果 1、应用MATLAB 对下列系统编程，求系统的A 、B 、C 、D 阵，然后验证传递函数是相同的。 G(s)= ?? ????+++352^12s s s s 3+4s 2+5s+1 程序和运行结果：

展示空间设计的一些基本原则

展示空间设计的一些基本原则 关键词：空间设计 1 采用动态的、序列化的、有节奏的的空间展示形式 展示空间最大的特点是具有很强的流动性，所以在空间设计上采用动态的、序列化的、有节奏的展示形式是首先要遵从的基本原则，这是由展示空间的性质和人的因素决定的。人在展示空间中处于参观运动的状态，是在运动中体验并获得最终的空间感受的。这就要求展示空间必须以此为依据，以最合理的方法安排观众的参观流线，使观众在流动中，完整地、经济地介入展示活动，尽可能不走或少走重复的路线，尤其是不在展示的重点区域内重复，在空间处理上做到尤如音乐旋律般的流畅，抑扬顿挫分明有致．使整个设计顺理成章。在满足功能的同时，让人感受到空间变化的魅力和设计的无限趣味。 例如西班牙巴塞罗那博览会的德国馆是采用围中有透，透中有围，围透划分空间的处理手法，使人进人展览空间之后，沿隔断布置所形成的参观路线不断前进，在行进中，可以从不同的角度看到几个层次的空间。设计师在该馆在空间处理上，采用灵巧的划分空间的手法，使有限的空间变成无限，无限的空间中包含着有限，以不断变化着的空间导向，使整个空间的展示形式流畅、有节奏，让人们在不断变换的视觉构图中 欣赏到全方位的空间。 中国的园林艺术在这点上与展示艺术有着异曲同工之妙，我们可以从中获得一些启发。如园林在空间序列上讲究启承转合，明暗开合；在游览路线上讲究移步换景，情景交融。这些都值得在考虑空间展示形式时 采纳借鉴。 2 在空间设计中考虑人的因素，使空间更好的服务于人 展示空间的基本结构由场所结构、路径结构、领域结构所组成，其中场所结构属性是展示空间的基本属性。因为场所反映了人与空间这个最基本的关系。它体现了以人为主体。通过中心（亦即场所）、方向（亦即路径）、区域（亦即领域）协同作用的关系“力”，即“突出了社会心理状态中人的位置”。是人赋予了展示空间的第四维性，使它从虚幻的状态通过人在展示环境中的行动显现出实在性，同时人在对这种空间的体验过程中，获得全部的心理感受。“人”是展示空间最终服务的对象，所以人做为高级动物在精神层 面上的需求是展示设计必须满足的一个方面。 展示设计需要满足人在物质和精神上的双重需求，这是在进行展示空间分析时的基本依据。人类需要舒适和谐的展示环境，声色俱全的展示效果，信息丰富的展示内容，安全便捷的空间规划，考虑周到的服务设施等等，这些都是人类在精神上对展示设计提出的要求。这就需要设计师仔细地分析参观者的活动行为并在设汁中以科学的态度对人机工程学给以充分的重视，使展示空间的形状，尺寸与人体尺度之间有恰当的配合，使空间内各部分的比例尺度与人们在空间中行动和感知的方式配合得适宜、协调，这是最基本的空

7状态空间设计法极点配置观测器解析

第7章线性定常离散时间状态空间设计法 7.1引言 7.2状态反馈配置极点 7.3状态估值和状态观测器 7.4利用状态估值构成状态反馈以配置极点 7.5扰动调节 7.6无差调节

7.1 引言 一个被控对象： (1)()()()() ():1,():1,:,:,:x k Fx k Gu k y k Cx k x k n u k m F n n G n m C r n +=+?? =?????? 7.1 当设计控制器对其控制时，需要考虑如下各因素： ● 扰动，比如负载扰动 ● 测量噪声 ● 给定输入的指令信号 ● 输出 如图7.1所示。 给d L (k )扰动 图7.1 控制系统示意图 根据工程背景的不同，控制问题可分为调节问题和跟踪问题，跟踪问题也称为伺服问题。 调节问题的设计目标是使输出迅速而平稳地运行于某一平衡状态。包括指令变化时的动态过程，和负载扰动下的动态过程。但是这二者往往是矛盾的，需要折衷考虑。 伺服问题的设计目标是对指令信号的快速动态跟踪。 本章研究基于离散时间状态空间模型的设计方法。 7.2研究通过状态变量的反馈对闭环系统的全部特征值任意配置——稳定性与快速线。 7.3考虑当被控对象模型的状态无法直接测量时，如何使用状态观测器对状态进行重构。 7.4讨论使用重构状态进行状态反馈时闭环系统的特征值。 7.5简单地讨论扰动调节问题。 7.6状态空间设计时的无差调节问题。

7.2 状态反馈配置极点 工程被控对象如式7.1，考虑状态反馈 ()()()u k v k Lx k =+ 7.2 如图7.2所示。式7.2带入式7.1，得 (1)()()()() ()()()x k Fx k Gu k y k Cx k u k v k Lx k +=+?? =??=+? 7.3 整理得 ()(1)()() ()()x k F GL x k Gv k y k Cx k +=++?? =? 7.4 (k ) v (k ) 图7.2 状态反馈任意配置闭环系统的极点 闭环系统的特征方程为 []det ()0zI F GL -+= 7.5 问题是在什么情况下式7.5的特征根是可以任意配置的？即任给工程上期望的n 个特征根λ1, λ2, ..., λn ，有 []1det ()()0n i i zI F GL z λ=-+=-=∏ 7.6 定理：状态反馈配置极点

倒立摆系统的状态空间极点配置控制设计

摘要：为实现多输入、多输出、高度非线不稳定的倒立摆系统平衡稳定控制，将倒立摆系统的非线性模型进行近似线性化处理，获得系统在平衡点附近的线性化模型。利用牛顿—欧拉方法建立直线型一级倒立摆系统的数学模型。在分析的基础上，基于状态反馈控制中极点配置法对直线型倒立摆系统设计控制器。由MATLAB仿真表明采用的控制策略是有效的，设计的控制器对直线型一级倒立摆系统的平衡稳定性效果好，提高了系统的干扰能力。 关键词：倒立摆、极点配置、MATLAB仿真 引言：倒立摆是进行控制理论研究的典型试验平台，由于倒立摆本身所具有的高阶次、不稳定、非线性和强耦合性，许多现代控制理论的研究人员一直将他视为典型的研究对象，不断从中发掘出新的控制策略和控制方法。控制器的设计是倒立摆系统的核心内容，因为倒立摆是一个绝对不稳定的系统，为使其保持稳定并且可以承受一定的干扰，基于极点配置法给直线型一级倒立摆系统设计控制器 1．数学模型的建立 倒立摆系统其本身是自不稳定的系统，实验建模存在着一定的困难。在忽略掉一些次要的因素之后，倒立摆系统就是一典型的运动的刚体系统，可以在惯性坐标系中应用经典力学理论建立系统动力学方程。下面采用牛顿-欧拉方法建立直线型一级倒立摆系统的数学模型。 1.1微分方程的数学模型 在忽略了空气阻力和各种摩擦力之后，可将直线一级倒立摆系统抽象成小车和匀质杆组成的系统，如图1所示：

图1：直线一级倒立摆模型 设系统的相关参数定义如下： M：小车质量 m：摆杆质量 b：小车摩擦系数 l：摆杆转动轴心到杆质心的长度 I：摆杆质量 F：加在小车上的力 x：小车位置 Φ：摆杆与垂直方向上方向的夹角 θ：摆杆与垂直方向下方向的夹角（摆杆的初始位置为竖直向下） 如下图2所示为小车和摆杆的受力分析图。其中，N和P为小车与摆杆相互作用力的水平和垂直方向的分量。

关于城市空间发展战略研究的思考

关于“城市空间发展战略研究”的思考 [摘要]以中国城市规划设计研究院近年来在“城市空间发展战略研究”领域的实践经验为基础，分析了不同名称事例项目的产生的背景，归纳了工作内容、特点、作用和方法，评价了存在的误区和改进方向。通过对城市空间发展战略研究和总体规划的研究，认为前者尽管有时冠以“规划”，但仍然只是一种研究类型；指出现行的城市总体规划不能也不应被“代替” [关健词]城市空间；发展战略；总体规划自2000年6月广州城市发展概念规划开展以来，类似的规划研究在全国大城市成“风起云涌”之势(仇保兴，2001)，有的称“城市发展战略研究”,有的称“城市战略规划”，也有的较准确地定名为”城市空间发展战略研究”(以下简称“空间战略研究”)。 中国城市规划设计研究院(以下简称中规院)先后参与了广州、南京、宁波、杭州、深圳、呼和浩特、合肥、厦门、济南、哈尔滨等省会和副省级以上城市的空间战略研究工作，笔者有幸参加了上述大多数项目中的研究工作。 1 背景：城市发展与规划的问题 1．1 城市发展中的问题 对于城市发展问题，从不同层面、不同角度可以得出不同结论。在城市与地区层面上，从规划师的角度，我们可以把当前大城市发展面临的问题归纳为8个方面：

.经济全球化和区域关系变动——城市地位变迁与区域竞争； .经济结构与产业结构变化——经济空间结构调整； .人口、就业与社会稳定的压力——保持经济增长速度与投资规模； ．社会结构多元化(原住民、城市居民、新移民、打工者)，社会阶层分化及利益冲突——降低城市“门槛”，城市扶贫，社会空间结构整合； .人文资源保护与文化传承压力——从空间结构上把握保护与发展的关系，城市特色继承和创造； .自然资源保护与环境压力——资源合理配置，区域性生态环境建设； .转型期政府角色的两面性——资金短缺的压力，资源开发； .行政体制障碍与局部利益冲突——“属地经济”分散资源，整合空间利益。 上述问题大多数是由于经济社会的快速发展而引发的，其中一些问题并不属于传统意义的城市规划范畴，城市规划对这些问题的解决只能起到有限的作用。但这些问题都是城市规划的背景和条件，决定着城市规划制度的走向和作用的发挥，影响着城市规划技术内容的扩展和方法的改进，也影响着规划师的思维方向和价值取向。空间战略研究可能比其他层面的规划研究更多地涉及到这些问题。 1．2 上版总体规划问题与政府动机 开展空间战略研究的大多数城市的总体规划是在1999年至

室内室内设计创意思维方法教案

室内设计创意思维方法 一、教学目的 通过对住宅空间设计方法的学习,使学生能够从多角度地去分析问题,在作品中有突出功能区域,布局合理,依照人在空间环境中的感知及行为模式来设计,充分体现“以人为本”的设计思路。解住宅空间设计在不同阶段的设计深度和设计内容,学会多种设计表现方式,并且能够灵活运用于实例设计中。 二、教学重点、难点 重点：让学生掌握住宅空间设计的方法和程序。 难点：住宅空间设计方法的应用。 三、组织教学（2分钟）播放短片欣赏作品（powerpoint图片演示） 检查学生课堂常规及学习用具的准备，同时也自我检查自己给学生的上课的教具（学生：16开纸、比例尺、钢尺、铅笔与针笔……老师：备课本、电脑、U盘、……） 四、复习上节课的内容（7分钟）播放短片欣赏作品 1、室内设计平面进行布置与讲解（内容：A：虚拟B：真实 的平面图C：商业空间） 2、手绘作业草图06环艺（D盘文件夹）关乔尹作业 1、五、导入新课（5分钟）（创意交换空间片断） 00.18.28---0.22.07 观看板芙镇楼盘清华坊的图片（分析、提问学生形式进行讲解）,引入住宅空间设计方法包括：准备与构思；立意与表达；语言与方法。（让学生有个整体系统的概念） 五、讲授新课(图文并茂的形式讲授)（20分钟）

(一)准备与构思： 1、计划准备： （1）设计的目的、任务 （2）项目计划书 （3）设计资料和文件 2、现场调查： （1）资料分析 （2）场地实测 3、意向调查 了解业主的文化背景\知识结构以及兴趣爱好. (二)立意与表达 1、方案与深化（拟定一个业主的基本信息进行课堂小 练习 让学生能及时得到知识的运用，解说自己的设计） 2、整体与局部 3、构造与细节 六、小结（6分钟） 1、总结本节课的学习新内容（问题的形式总结）。 2、学生在进行设计的过程中，应注意的要点。(要 有良好的心态面对在设计中遇到的问题，思考问题 要多角度等方面提示同学们。) 七、作业:（5分钟） 1、作业要求：（星期三交作业） 1.用电脑绘制正稿,包括平面图、立面图、效果图。 2.注意整体与局部的表现。 3.要有清楚构造和细节的表达。 八、思考： 平面布局与功能的关系。

实验八MATLAB状态空间分析报告

实验八 线性系统的状态空间分析 §8.1 用MATLAB 分析状态空间模型 1、状态空间模型的输入 线性定常系统状态空间模型 x Ax Bu y Cx Du =+=+ 将各系数矩阵按常规矩阵形式描述。 [][][]11 121120 10 1;;;n n n nn n n A a a a a a a B b b b C c c c D d ==== 在MA TLAB 里，用函数SS()来建立状态空间模型 (,,,)sys ss A B C D = 例8.1 已知某系统微分方程 22d d 375d d y y y u t t ++= 求该系统的状态空间模型。 解：将上述微分方程写成状态空间形式 0173A ??=??--??，01B ??=???? []50C =，0D = 调用MATLAB 函数SS()，执行如下程序 % MATLAB Program example 6.1.m A=[0 1;-7 -3]; B=[0;1]; C=[5 0]; D=0; sys=ss(A,B,C,D) 运行后得到如下结果 a = x1 x2 x1 0 1

x2 -7 -3 b = u1 x1 0 x2 1 c = x1 x2 y1 5 0 d = u1 y1 0 Continuous-time model. 2、状态空间模型与传递函数模型转换 状态空间模型用sys 表示，传递函数模型用G 表示。 G=tf(sys) sys=ss(G) 状态空间表达式向传递函数形式的转换 G=tf(sys) Or [num,den]=ss2tf(A,B,C,D) 多项式模型参数 [num,den]=ss2tf(A,B,C,D,iu) [z,p,k]=ss2zp(A,B,C,D,iu) 零、极点模型参数 iu 用于指定变换所需的输入量，iu 默认为单输入情况。 传递函数向状态空间表达式形式的转换 sys=ss(G) or [A,B,C,D]=tf2ss(num,den) [A,B,C,D]=zp2ss(z,p,k) 例 8.2 11122211220.560.050.03 1.140.2500.1101001x x u x x u y x y x -??????????=+??????????-????????????????=??????? ????? 试用矩阵组[a ，b ，c ，d]表示系统，并求出传递函数。

展示空间设计教案

展示空间设计教案集团档案编码：[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08]

江西现代职业技术学院 教案 2014 ～2015学年度第一学期 课程名称展示设计 学时学分48学时2学分 专业班级13艺设4班 授课教师胡岳 系部美术系环艺教研室 本课程教学总体安排 课程名称：展示设计 课程性质与类型：专业必修课 总学时、学分：48学时2学分 教学目的与要求： 通过展示设计课程的学习，使学生掌握展示设计的基本概念、基本理论和基本的展示设计技能，并通过整个教学过程的专题设计实践逐步让学生掌握展示设计中相关的技术结构知识，了解展示空间形态、展示道具，展品陈列和展示照明的设计原理，从感性和理性两个方面培养培养学生对展示空间的想象能力、平衡协调的能力、策划能力和创造能力。 教材及参考书目： 教材：安晓波着《展示空间分析与结构设计》上海交通大学出版社

参考书：李梦铃着《室内设计基础》湖北美术出版社 朱淳着《展示设计》中国美术学院出版社 方卫着《空间展示创意与设计》武汉理工大学出版社 考核方式及成绩计算方法： 要求：能够独立、系统完成设计方案 评分标准： 1、课堂情况：（40分）出勤率、迟到、早退状况 2、作业情况：（60分） ﹙1﹚通过对学生展示空间设计施工图和效果图质量来评定，包括平面、立面和大样图等设计内容。要求功能分区合 理，制图规范。（20分） ﹙2﹚设计有创新性。（20分） ﹙3﹚设计效果图表现能很好地体现设计意图。（20分） 课程教学日历 课程名称：展示设计授课学期：2014 ～2015学年度第一学期

第一章教学安排的说明 章节题目：第一章展示与展示设计概述 学时分配：共3课时 1.1展示活动与展示设计概念 1.2展示设计特征 1.3展示艺术设计原则 本章教学目的与要求： 通过本章节的学习使学生了解和掌握展示环境设计的理论知识，明确展示空间的类型和空间的划分，重点掌握展示空间分类与构成要素分配的合理性与科学性，能够正确处理空间关系，认识空间的表现形式与特征，体现展会功能特征；通过掌握展示艺术设计的原则，解析和欣赏优秀的展示设计方案。 其它： 采用的方式授课，利用多媒体课件，结合大量图片、图例的分析与观摩来讲授理论知识。 课堂教学方案 课题名称、授课时数：展示与展示设计概述，共3课时。

状态空间设计与分析

状态空间分析及设计 姓名：周海波 学号：200740297(15) 班级：自控实验0701班 日期：2010-5-2

目录 一．系统能控性和能观性判定 二．主导极点法进行状态反馈极点配置 三．对称根轨迹法（SRL）进行状态反馈极点配置 四．主导极点法和SRL状态反馈极点配置对比 五．全维观测器设计和分析 1.观测器设计 2.分离定理验证 六．带全维观测器的状态反馈与直接状态反馈对比 七．降阶观测器和带降阶观测器的状态反馈系统的设计和分析八．全维观测器的状态反馈与降阶观测器的状态反馈对比 1.抗过程干扰能力 2.抗测量噪声能力 九．采用内模原则设计状态反馈系统 1.跟踪性能分析 2.抗干扰性能分析

状态空间分析及设计 有以下系统 122201101011x x μ ???????????=?+?????????????i []100y x =要求：对系统设计状态反馈使得系统闭环阶跃响应的超调量小于5%，且在稳态误差值为1%范围内的调节时间小于4.6s. 一．系统能控性和能观性判定 由系统能控性判别矩阵： 224001013115rank B AB A B rank ???????==????????? 由系统能观性判别矩阵：21001223142C rank CA rank CA ????????=???=????????????? 所以系统既是能控的又是能观的。 二．主导极点法进行状态反馈极点配置1.当 4.61% 4.6s n t s ζω?== <%5%e πζσ?=<解得：0.691n ζζω>??>?取0.75 2n ζω==则：2222340 n n s s s s ζωω++=++=所以1,2 1.5 1.323s j =?±，取非主导极点38s =?，则期望特征多项式为： 232(34)(8)112832 s s s s s s +++=+++设[]123K k k k =又

控制系统状态空间分析的 MATLAB 设计

《控制系统状态空间分析的MATLAB 设计》 摘要 线性系统理论主要研究线性系统状态的运动规律和改变这些规律的可能性与实施方法；它包含系统的能控性、能观测性、稳定性分析、状态反馈、状态估计及补偿器的理论和设计方法。本文说明，线性变换不改变系统的传递函数，基于状态空间的极点配置不需要附加矫正装置，是改变系统指标的简单可行的重要技术措施；全维状态观测器与降维观测器不影响系统的输出响应。 关键词：状态反馈、极点配置、全维状态观测器、降维观测器 前言 线性系统理论是现代控制理论的基础，主要研究线性系统状态的运动规律 和改变这些规律的可能性与实施方法；建立和揭示系统结构、参数、行为和性能之间的关系。它包含系统的能控性、能观测性、稳定性分析、状态反馈、状态估计及补偿器的理论和设计方法。 该报告结合以线性定常系统作为研究对象，分析控制系统动态方程，系统 可控标准型，线性变换传递函数及其不变性，系统可控性与可观测性。系统状态观测器及降维观测器对系统的阶跃响应的影响，并分别绘制模型，及其系统阶跃响应的仿真。 正文 1. 已知系统动态方程: x?=[?0.40?0.01100?1.49.8?0.02]x +[6.309.8]u y =[0 1]x 2. 设计内容及要求：

验证线性变换传递函数不变性，适当配置闭环适当配置系统闭环极点，使 σ%<15%、t s <4s ，以及当系统闭环极点为λ1,2=-3±j4时设计系统的降维状态观测器也使σ%<15%、t s <4s ，并绘制带反馈增益矩阵K 的降维状态观测器及其系统仿真。 3. 系统设计： 1）求系统可控标准型动态方程； >> A1=[-0.4 0 -0.01;1 0 0;-1.4 9.8 -0.02]; >> B1=[6.3;0;9.8]; >> C1=[0 0 1]; >> D1=0; >> G1=ss(A1,B1,C1,D1); >> n=size(G1.a); >> Qc=ctrb(A1,B1); >> pc1=[0 0 1]*inv(Qc); >> Pc=inv([pc1;pc1*A1;pc1*A1*A1]); >> G2 = ss2ss(G1,inv(Pc)); >> Gtf=tf(G2); 程序运行结果知n=3，原系统是可控的且可控标准型为： x?=[0 1 00 01?0.0980.006 ?0.42]x?+[001 ]u y ?=[61.74 ?4.99.8]x? 传递函数为： G (s )=9.8s 2?4.9s+61074 s 3+0.42s 2?0.006s+0.098 2）计算系统的单位阶跃响应 >> hold on >> grid on;hold on; >> step(G1,t,'b-.') >> step(Gtf,t,'r--')

展示空间设计概述

展示空间设计概述 展示空间设计实质是有关信息传播的环境设计，空间必然的艺术设计的主导，展示艺术空间环境的创造，是对空间的设计规划，是对自然状态下无形的空间，通过以点、线、面为基本要素和三大构成（平面构成，色彩构成，立体构成）的有形结构加以界定，制定出“有形”的空间这样一个过程。 1．展示空间的功能与形式 展示空间可分为以下几个主要功能区： （1）公共空间：是供公众使用和活动的区域，要有足够的面积便于进出，在停留交谈时又不影响其他人出入，必要时还能提供休息的空间。 （2）信息空间：是陈列住处源的地方。空间的大小，由展品数量、大小和日流量决定。展品的陈列要有科学性，不要使参观者越往里看越失望。展示空间的设计要以吸引参观者为目的。 （3）辅助功能空间：是指参观者不容易觉察的地方，具隐秘性或半隐私性。如储藏间，工作间和接待间。其中接待间多为方便参展商与客户间相互交流洽谈而设计，常被安排在信息空间的结尾处，用与展示活动相统一的道具搭建，风格也相互和谐统一。 参展商可选择的总体空间形式有两种类型： （1）外向式展示空间：亦称“敞开（岛屿）式展示空间”，展台就像小岛一样自成一体，它从各个方向吸引着参观者的注意力而且从四个方向都可以进入。这种展台的结构可以是双层的也可以是三层的，气势宏大，个性突出。 （2）内向式展示空间：亦称“封闭式展示空间”。一般小展台容易采用这种子方法，由于展台面积小所以空间形式容易把握，造价出相对低一些，但采何种方式将参观者吸引入内却是比较难做的。也有个别面积大的展台做成封闭式的展示空间，像第七届中国国际服装服饰博览会中报喜鸟展台的设计就是将四周围隔起来，只开了一个出入口，依靠其庞大的展示空间、极富个性的造型手段同样也吸引了不少参观者，取得了不错的效果。所以无论采用哪一种空间形式，作为一个完整的展台必须是醒目而与众不同的。 2．空间形式的处理手法 （1）水平横向空间处理中，应使各功能区的分配明确合理，内外通透和谐，形式丰富有趣。在室内展示空间设计中使用最普遍的手法即是“围隔空间法”。这种手法凭借对展示道具的经纬安排，在平凡朴素之中显现出千姿百态的变化。当一个展览内容分布在不同的场地，安排在不同的展示空间里时，为了给参观者一个总体印象，使参观者看完展览后能将两处的展览内容联系起来，就要使用连系空间法，可采用地毯一直延伸过去，或摆放彩带、盆花等，还可依靠相同色调的安排来显示，既有统一性又有导向功能。现代展览中，很多信息空间或会谈空间经常使用全透或半透玻璃幕墙与室外相隔,使展厅内外浑然一体,这种方法为渗透空间法,即“你中有我，我中有你”。 （2）对于一般的小展台而言，在竖向空间处理中，为了吸引远处参观者的注意力可以采用突出主体的高大明亮而降低辅助空间的手法。将前面的一个展示空间降低形成强烈的对比形式，这种手法易出效果，使用得当，能左右全局的空间安排，有时由于场地位置不好，为了全面介绍宣传自己，可以采用沿垂直方向向上叠加层的手法扩大空间，目的在于更有效地宣传企业形象。

认识展示设计空间的概念及特征

认识展示设计空间的概念及特征 展示空间中，随处可见展示设计的影子，事实上展示空间和展示艺术本来就是密不可分的，展示艺术甚至组织和利用着空间,把艺术设计发挥得淋漓尽致。当然如果没有了空间，一切都成为了空谈，因为展示空间为展示设计提供了一个创作环境的前提，空间规划是展示设计的核心要素。空间的概念由始至终贯穿在展示设计之中，无论是从展示的本质概念上看，还是从展示设计的程序范畴来看也是如此。因此每个设计师在进行展示设计的研究和探讨之前，要遵循“理念的基石”，也就是首要明确空间的概念。 （一）四维性。空间的思维主要是指时间和空间的结合，时间的维度，会制约到人们对于三维空间的认知与感受。 （二）时间性。人们在展示空间中进行观赏的时候，无论是时间还是空间都不是静止的。人们在观赏的过程中时间一直在流逝，空间也不断地发生变化，这时

一种动态的观赏运动，也是对于动态的一种诠释方法。人们体验到观赏的时间性，从而有更加完整的感官体验。时间性作为空间第四维，是创造动态的空间形式的根本。 （三）流动性。从上面的时间性我们可以得知，观众的观赏活动具有流动性，它是必然存在与展示环境的。在特定的空间范围内，根据展示空间的特定功能和特点，来形成一种独有的流动形式和表现手段，为观众传达着信息。展区中不同的规划可以形成不同的空间效果，把不同的效果和参观的路线结合起来，能够使观众在观赏的过程中产生不同的心理体验。 （四）多功能性。如今的展示空间功能不再单一，为了满足到人们在不同层面上的需求，如精神需求、生理及心理的需求，展示空间的功能变得多样化，集展示、娱乐、沟通、营销等服务为一体，故要求空间的区域划分要对符合指定的功能要求，符合该区域的性质。

直线一级倒立摆系统的状态空间极点配置控制设计详细实验报告

一、直线一级倒立摆建模 根据自控原理实验书上相关资料，直线一级倒立摆在建模时,一般忽略掉系统中的一些次要因素.例如空气阻力、伺服电机的静摩擦力、系统连接处的松弛程度等，之后可将直线一级倒立摆系统抽象成小车和匀质杆组成的系统，如下图所示： 倒立摆系统是典型的机电一体化系统,其机械部分遵循牛顿的力学定律,其电气部分遵守电磁学的基本定理.因此,可以通过机理建模方法得到较为准确的系统数学模型,通过实际测量和实验来获取系统模型参数.无论哪种类型的倒立摆系统,都具有3个特性,即:不确定性、耦合性、开环不稳定性. 直线型倒立摆系统,是由沿直线导轨运动的小车以及一端固定于小车上的匀质长杆组成的系统. 小车可以通过传动装置由交流伺服电机驱动. 小车导轨一般有固定的行程,因而小车的运动范围是受到限制的。 虽然倒立摆的形式和结构各异，但所有的倒立摆都具有以下的特性: 1) 非线性 倒立摆是一个典型的非线性复杂系统，实际中可以通过线性化得到系统的近似模型，线性化处理后再进行控制。也可以利用非线性控制理论对其进行控制。倒立摆的非线性控制正成为一个研究的热点。 2) 不确定性 主要是模型误差以及机械传动间隙，各种阻力等，实际控制中一般通过减少各种误差来降低不确定性，如通过施加预紧力减少皮带或齿轮的传动误差，利用滚珠轴承减少摩擦阻力等不确定因素。 3) 耦合性 倒立摆的各级摆杆之间，以及和运动模块之间都有很强的耦合关系，在倒立摆的控制中一般都在平衡点附近进行解耦计算，忽略一些次要的耦合量。 4) 开环不稳定性 倒立摆的平衡状态只有两个，即在垂直向上的状态和垂直向下的状态，其中垂直向上为绝对不稳定的平衡点，垂直向下为稳定的平衡点。由于机构的限制，如运动模块行程限制，电机力矩限制等。为了制造方便和降低成本，倒立摆的结构尺寸和电机功率都尽量要求最小，行程限制对倒立摆的摆起影响尤为突出，容易出现小车的撞边现象。 由此，约束限制直线型一级倒立摆系统的实际控制要求可归结为3点: (1)倒立摆小车控制过程的最大位移量不能超过小车轨道的长度; (2)为保证倒立摆能顺利起立,要求初始偏角小于20°;

展示空间设计教案

展示空间设计教案 程名称展示设计学时学分48学时2学分专业班级13艺设4班授课教师胡岳系部美术系环艺教研室本课程教学总体安排课程名称：展示设计课程性质与类型：专业必修课总学时、学分：48学时2学分教学目的与要求：通过展示设计课程的学习，使学生掌握展示设计的基本概念、基本理论和基本的展示设计技能，并通过整个教学过程的专题设计实践逐步让学生掌握展示设计中相关的技术结构知识，了解展示空间形态、展示道具，展品陈列和展示照明的设计原理，从感性和理性两个方面培养培养学生对展示空间的想象能力、平衡协调的能力、策划能力和创造能力。教材及参考书目：教材：安晓波著《展示空间分析与结构设计》上海交通大学出版社参考书：李梦铃著《室内设计基础》湖北美术出版社朱淳著《展示设计》中国美术学院出版社方卫著《空间展示创意与设计》武汉理工大学出版社考核方式及成绩计算方法：要求：能够独立、系统完成设计方案评分标准： 1、课堂情况：（40分）出勤率、迟到、早退状况 2、作业情况：（60分）﹙1﹚通过对学生展示空间设计施工图和效果图质量来评定，包括平面、立面和大样图等设计内容。要求功能分区合理，制图规范。（20分）﹙2﹚设计有创新性。（20分）﹙3﹚设计效果图表现能很好地体现设计意图。（20

分）课程教学日历课程名称：展示设计授课学期：xx～xx 学年度第一学期周次章节及教学内容累计学时7第一章展示与展示设计概述（授课时数：3课时） 1、1 展示活动与展示设计概念 1、2 展示设计特征 1、3展示艺术设计原则第二章展示空间设计分析（授课时数：3课时） 2、1 展示空间构成要素 2、2 展示空间构成要素与设计 2、3 建筑结构知识对展示空间设计的影响128第三章展示空间形态设计（授课时数：3课时） 3、1展示空间形态构成 3、2 展示主题与空间营造第四章展示空间结构设计（授课时数：3课时） 4、1 展示空间组织结构 4、2 展示空间组织和平面布置方法第五章展示空间专项设计（授课时数：6课时） 5、1商业展示空间设计 5、2 博物馆展示空间设计 5、3 贸易类展会展示空间设计129第六章展览馆展览空间设计（授课时数：3课时） 6、1 专题展览主题与设计调研

实验八MATLAB状态空间分析

实验八 线性系统得状态空间分析 §8、1 用MATLAB 分析状态空间模型 1、状态空间模型得输入 线性定常系统状态空间模型 将各系数矩阵按常规矩阵形式描述。 [][] [] 11121120101;;; n n n nn n n A a a a a a a B b b b C c c c D d ====?L L L ?L ?L ? 在MA TLAB 里，用函数SS()来建立状态空间模型 例8、1 已知某系统微分方程 求该系统得状态空间模型。 解：将上述微分方程写成状态空间形式 ， ， 调用MATLAB 函数SS()，执行如下程序 % MATLAB Program example 6、1、m A=[0 1;-7 -3]; B=[0;1]; C=[5 0]; D=0; sys=ss(A,B,C,D) 运行后得到如下结果 a = x1 x2 x1 0 1 x2 -7 -3 b = u1 x1 0 x2 1 c =

x1 x2 y1 5 0 d = u1 y1 0 Continuous-time model 、 2、状态空间模型与传递函数模型转换 状态空间模型用sys 表示，传递函数模型用G 表示。 G=tf(sys) sys=ss(G) 状态空间表达式向传递函数形式得转换 G=tf(sys) Or [num,den]=ss2tf(A,B,C,D) 多项式模型参数 [num,den]=ss2tf(A,B,C,D,iu) [z,p,k]=ss2zp(A,B,C,D,iu) 零、极点模型参数 iu 用于指定变换所需得输入量，iu 默认为单输入情况。 传递函数向状态空间表达式形式得转换 sys=ss(G) or [A,B,C,D]=tf2ss(num,den) [A,B,C,D]=zp2ss(z,p,k) 例 8、2 11122211220.560.050.03 1.140.2500.1101001x x u x x u y x y x -??????????=+??????????-????????????????=??????? ?????&& 试用矩阵组[a ，b ，c ，d]表示系统，并求出传递函数。 % MATLAB Program example 6、2、m a=[-0、56 0、05;-0、25 0]; b=[0、03 1、14;0、11 0]; c=[1 0;0 1]; d=zeros(2,2); sys=ss(a,b,c,d) G1=tf(sys) G2=zpk(sys) 运行后得到如下结果

展示空间设计的基本原则

展示空间设计的基本原则 [摘要] 合理的安排空间是展示设计中最重要的部分,正确认识空间与展示设计的关系是做设计的前提和基础,较好的运用“空间”语言则可以赋予一个设计以实质的意义和生命力。 空间在展示设计中处于灵魂地位，展示活动需要传达的信息必须通过空间展现在公众面前，空间为我们的感知活动提供了场所，没有空间，我们将无法获得信息也无法和人交流。正确处理好空间的问题是展示设计中的精髓；正确认识空间与展示设计的关系是做设计的前提和基础；较好的运用“空间”语言则可以赋予一个设计以实质的意义和生命力。下面我们将讨论展示设计中所涉及的空间的问题。 1)采用动态的、序列化的、有节奏的的空间展示形式 展示设计的空间最大的特点是具有很强的流动性，所以在空间设计上采用动态的、序列化的、有节奏的展示形式是首先要遵从的基本原则，这是由展示空间的性质和人的因素决定的。人在展示空间中处于参观运动的状态，是在运动中体验并获得最终的空间感受的。这就要求展示空间必须以此为依据，以最合理的方法安排观众的参观流线，使观众在流动中，完整地、经济地介入展示活动，尽可能不走或少走重复的路线，尤其是不在展示的重点区域内重复，在空间处理上做到尤如音乐旋律般的流畅，抑扬顿挫分明有致．使整个设计顺理成章。在满足功能的同时，让人感受到空间变化的魅力和设计的无限趣味。 2)在空间设计中考虑人的因素，使空间更好的服务于人 展示设计需要满足人在物质和精神上的双重需求，这是在进行展示空间分析时的基本依据。人类需要舒适和谐的展示环境，声色俱全的展示效果，信息丰富的展示内容，安全便捷的空间规划，考虑周到的服务设施等等，这些都是人类在精神上对展示设计提出的要求。这就需要设计师仔细地分析参观者的活动行为并在设汁中以科学的态度对人机工程学给以充分的重视，使展示空间的形状，尺寸与人体尺度之间有恰当的配合，使空间内各部分的比例尺度与人们在空间中行动和感知的方式配合得适宜、协调，这是最基本的空间要求。同时人们应该是在一个舒适的环境中进行活动，如果不能创造一个给人以心理上亲近温暖感觉的空间，那即便是利用了最先进展示手段的环境也只是冷冰冰的机械组成的没有生机的躯壳。一个充满人性化的展示空间才是一个“合情”、“合理”的设计。 3)以最有效的空间位置展示展品 展品是展示空间的主角，以最有效的场所位置向观众呈现展品是划分空间的首要目的。逻辑地设计展示的秩序、编排展示的计划、对展区的合理分配是利用空间达到最佳展示效果的前提。因此，设计师中必须将空间问题与展示的内容结合起来进行考虑，不同的展示内容有与之相对应的展示形式和空间划分。如商业性质的展示活动要求场地较为开阔，空间与空间之间相互渗透以便互动交流，展品的位置要显眼，对于那些展示视觉中心点如声、光、电、动态及模拟仿真等展示形式，要给以充分的、突出的展示空间以增强对人的视觉冲击，给观众留下深刻的印象。总之，给展品以合理的位置是展示空间规划首要考虑的问题，也是能否