东北大学精品课程控制系统仿真chapter 4
东北大学智慧树知到“电气工程及其自动化”《控制系统 Simulink 仿真》网课测试题答案卷4
东北大学智慧树知到“电气工程及其自动化”《控制系统Simulink 仿真》网课测试题答案（图片大小可自由调整）第1卷一.综合考核(共10题)1.多项式在matlab中表示为向量形式，可用matlab中的多项式函数求多项式的根，多项式乘积等。
()A.正确B.错误2.矩阵{图}，在matlab环境中表示为()。
A.A=[2，1，6，3]B.A=[2，1，6，3]C.A=[2; 1; 6; 3]D.A=[6 3; 1 2]3.从某种意义上来讲，连续系统中的连续状态是一种“记忆元素”，它可以保存系统中的信息并用来直接计算系统的输出，而不需要设计导数。
()A.错误B.正确4.matlab中，如果A=[2 4; 3 3]，B=[1 0; 2 6]，那么在matlab中A+B=()A.[9 4;5 3]B.[3 5;4 9]C.[3 4;5 9]D.[2 4;5 9]5.一般而言，对于离散系统使用哪种求解器效率最好?()A.定步长求解器B.混合步长求解器C.离散步长求解器D.变步长求解器6.简单系统一般表示为微分方程。
()A.错误B.正确7.plot(x，y，z)是用来绘制二维图形的。
()A.错误B.正确8.在没有断开关联之前可以对引用块进行修改。
()A.错误B.正确9.对于系统模型中相同的模块，Simlink会对其进行自动编号。
()A.错误B.正确10.以下哪项工作，并不是仿真的初始化阶段完成的?()A.确定状态初值和采样时间B.展开模型的层次，每个子系统被它们所包含的块替代C.对状态积分D.传递参数给MATLAB求值第1卷参考答案一.综合考核1.参考答案：A2.参考答案：D3.参考答案：B4.参考答案：C5.参考答案：D6.参考答案：A7.参考答案：A8.参考答案：A9.参考答案：B10.参考答案：C。
控制系统MATLAB仿真与应用第4章
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4.1 控制系统概述
4.1.2 控制方式 •根据控制系统有无反馈环节，系统的控制方式可分为开 环控制与闭环控制。 •由于控制方式的不同，自动控制系统可分为开环控制系 统和闭环控制系统。
机械工业出版社 CHINA MACHINE PRESS
机械工业出版社 CHINA MACHINE PRESS
4.2 常用数学模型及MATLAB描述
机械工业出版社 CHINA MACHINE PRESS
4.2 常用数学模型及MATLAB描述
机械工业出版社 CHINA MACHINE PRESS
4.2 常用数学模型及MATLAB描述
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(s+5) (s+3) (s+2) (s+1)
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4.2 常用数学模型及MATLAB描述
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4.2 常用数学模型及MATLAB描述
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4.2 常用数学模型及MATLAB描述
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4.2 常用数学模型及MATLAB描述
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4.2 常用数学模型及MATLAB描述
P= -5 -3 -2 -1
G= 3 (s+1.537) (s^2 + 5.462s + 15.33) ----------------------------------
控制系统仿真_薛定宇第四章 线性控制系统的数学模型
控制系统仿真与CAD 国家级精品课程
2014-12-31
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4.3.3 控制系统的状态方程实现
由传递函数到状态方程的转换 不同状态变量选择，结果不唯一 默认变换方式，采用MATLAB函数
G可以是传递函数、状态方程和零极点模型 适用于有延迟的、离散的或多变量模型 可以将延迟传递函数模型转成内部延迟
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4.1.1 线性连续系统数学模型及 MATLAB 表示
线性系统的常系数线性常微分方程模型
为阶次， 为常数， 物理可实现 线性定常系统 LTI （linear time invariant）
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传递函数的理论基础 ——Laplace变换
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均衡实现 （banlanced realization）
由一般状态方程输入输出关系显著程度不 明显，需要进一步变换 均衡实现是一种很有用的方式 用MATLAB直接求解
得出均衡实现的模型 得出排序的 Gram 矩阵
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离散系统也有内部延迟模型
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4.3 系统模型的相互转换
前面介绍的各种模型之间的相互等效变换
主要内容
连续模型和离散模型的相互转换 系统传递函数的获取 控制系统的状态方程实现 状态方程的最小实现 传递函数与符号表达式的相互转换
东北大学智慧树知到“电气工程及其自动化”《控制系统 Simulink 仿真》网课测试题答案4
东北大学智慧树知到“电气工程及其自动化”《控制系统Simulink 仿真》网课测试题答案（图片大小可自由调整）第1卷一.综合考核(共15题)1.下图所示的模型作为最顶层的系统模型使用时，可以通过它们从MATLAB工作空间中输入信号并将计算结果输出到MATLAB工作空间中。
()A.错误B.正确2.信号标签的内容不可任意指定。
()A.正确B.错误3.多项式在matlab中表示为向量形式，可用matlab中的多项式函数求多项式的根，多项式乘积等。
()A.错误B.正确4.在任何时候，用户可以对模块的注释文本进行编辑。
()A.正确B.错误5.原子子系统不具有下列哪种特点()A.子系统作为一个整体进行仿真，其功能类似于一个单独的系统模块B.子系统为一“实际”的模块，需要按照顺序连续执行C.子系统中的模块在子系统中被排序执行D.在一个仿真时间步长内，Simulink可以多次进出一个子系统6.积分器主要用来实现哪种运算()A.积分B.比例C.微分D.保持7.积分器是建立连续系统微分方程的基础，也是建立连续系统模型的基础，一个积分器表示一阶积分，高级微分则是由多个积分器模块串联构成。
()A.正确B.错误8.条件执行子系统不包括：()A.通用子系统B.触发子系统C.函数调用子系统D.使能子系统9.多项式在matlab中表示为向量形式，可用matlab中的多项式函数求多项式的根，多项式乘积等。
()A.正确B.错误10.使用命令行gcb(‘sys’)，其功能描述为()。
A.返回当前系统模型中当前模块的路径名B.返回指定系统模型中当前模块的路径名C.获得当前系统模型的路径名D.返回当前系统模型中当前模块的操作句柄11.一个混合系统中包括连续状态与离散状态，而且离散信号的采样时间各不相同。
在系统仿真时应该使用何种Simulink求解器?()A.连续定步长求解器B.连续变步长求解器C.离散定步长求解器D.离散变步长求解器12.在一个系统模块中允许有多个Enable或Trigger信号。
控制系统仿真实验教学大纲
控制系统仿真实验教学大纲
一、实验基本信息
课程编号：201404137
中文名称：控制系统仿真
英文名称：Control system simulation
课程性质：专业选修课程
面向专业：自动化
开设学期：7
课程总学时：32
实验学时：8
是否独立设课：否
二、实验目的和任务
本实验是控制系统仿真课程开设的实验。
控制系统仿真是控制工程领域工程师必须熟练掌握的重要知识和技能，培养学生进行控制系统计算机辅助分析、设计与研究的思维和开发实施及协作创新能力，以解决实际问题为驱动，激发学生的学习兴趣，通过实验设计，使学生获得综合运用专业知识和计算机技术解决实际问题的方法。
三、实验教学基本要求
控制系统仿真是一门针对控制理论课程的实践性应用型非常强的课程，要求学生要理论联系实际，在熟练掌握基本概念原理、基本方法和应用后，重点应放在与工程实际的结合应用能力上，上机操作是本课程重要的教学环节。
通过实验培养学生具备进行控制系统仿真的知识、能力和创新素质。
1、具有应用控制系统仿真知识的能力。
2、能够解决实际工程工作中控制系统计算机辅助分析、设计与研究问题。
3、具备研究思维、独立研发实施和协作创新等基本素质。
四、实验项目基本情况
五、实验教材（指导书）或网络资源
[1]管凤旭，姜倩. 控制系统仿真实验技术, 北京：清华大学出版社，2015
六、考核方式
实验部分成绩占课程总成绩40%，共40分。
实验部分成绩包括三部分，包括实验出勤4分，实验操作情况12分，实验报告24分。
东北大学22春“电气工程及其自动化”《控制系统 Simulink 仿真》期末考试高频考点版(带答案)
东北大学22春“电气工程及其自动化”《控制系统 Simulink 仿真》期末考试高频考点版（带答案）一.综合考核(共50题)1.下图所示的模型作为最顶层的系统模型使用时，可以通过它们从MATLAB工作空间中输入信号并将计算结果输出到MATLAB工作空间中。
()A.错误B.正确参考答案：B2.B=2：5执行后的结果为B=[2 3 4 5]。
()A.正确B.错误参考答案：A3.下列哪项操作可以对系统模型框图进行注释?()A.双击系统模型编辑器的背景B.双击Simlink模块C.双击信号线D.Crtl+D参考答案：A4.下图所示的子系统属于()。
A.使能子系统B.触发子系统C.函数调用子系统D.通用子系统参考答案：B5.低通滤波器的作用：()A.滤除信号低频部分B.滤除信号的高频部分C.滤除信号的高频及低频部分D.滤除信号谐波参考答案：B6.下列哪条命令可以使Simlink模块生成阴影?()A.Rotate BlockB.Show Drop ShadowC.Flip BlockD.Foreground color参考答案：B7.使用Crtl+Enter组合可以使系统模型充满整个视图窗口。
()A.错误B.正确参考答案：A在系统模型中建立子系统时候，用来完成子系统和主系统之间通讯的输入输出端口是由用户自由指定的。
()A.正确B.错误参考答案：B9.利用断点模块可以对系统进行反复逐时间步调试。
()A.正确B.错误参考答案：A10.使用命令行gcb(‘sys’)，其功能描述为()。
A.返回当前系统模型中当前模块的路径名B.返回指定系统模型中当前模块的路径名C.获得当前系统模型的路径名D.返回当前系统模型中当前模块的操作句柄参考答案：B11.下图所示的模型作为最顶层的系统模型使用时，可以通过它们从MATLAB工作空间中输入信号并将计算结果输出到MATLAB工作空间中。
()A.错误B.正确参考答案：B12.使用命令行delete_block(‘blk’)，其功能描述为()。
控制系统仿真_薛定宇第二章_MATLAB语言程序设计基础
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2.4.4 匿名函数与inline函数
不用编写*.m，定义函数的方法
可以动态地定义函数，在科学运算中有用 二者功能重复，后者远差于前者，不再使用
匿名函数： 举例
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2.1.1 常量与变量
常量（保留字符串）
eps： 机器的浮点运算误差限，默认值 i和j：虚数单位，-1的平方根，i=sqrt(-1) Inf： 无穷大量，-Inf为负无穷大 NaN：不定式（Not a Number） pi：圆周率p的双精度浮点表示
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2.5 二维图形绘制
可以绘制出各种二维曲线 可以由数据绘图，也可以由格式绘图 本节主要内容
基本二维图形绘制语句 带有其他选项的绘图函数 二维曲线的标注方法 在MATLAB图形上添加文字标注 特殊图形绘制函数及举例 隐函数的曲线绘制
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符号型数据结构
syms 命令申明符号变量
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vpa(A) 显示符号变量
例2-1 显示e的前300位 其他数据结构
int8() 、int16() 、int32() 、uint16() 和 uint32() 字符串型数据：MATLAB字符串是用单引号括起来的 多维数组：三维数组是一般矩阵的直接拓展。 单元数组：多变量系统的频域响应数据存储 类与对象：传递函数对象、状态方程对象
控制系统仿真 教学大纲
控制系统仿真教学大纲控制系统仿真教学大纲控制系统仿真是现代工程领域中一项重要的技术手段，它通过构建数学模型和仿真环境，对实际控制系统进行模拟和分析。
作为一门综合性学科，控制系统仿真在工业自动化、航空航天、能源等领域都有广泛的应用。
为了培养学生的控制系统仿真能力，制定一份科学合理的教学大纲是非常必要的。
一、课程简介本课程主要介绍控制系统仿真的基本概念、原理和方法。
通过理论讲解和实践操作，使学生能够掌握仿真软件的使用技巧，了解仿真模型的建立过程，掌握仿真结果的分析与评估方法，培养学生的问题分析和解决能力。
二、教学目标1. 掌握控制系统仿真的基本概念和原理；2. 熟练使用常见的仿真软件，如MATLAB/Simulink；3. 能够建立控制系统的数学模型，并进行仿真实验；4. 能够分析仿真结果，评估系统性能，并提出改进方案；5. 培养学生的团队合作和创新思维能力。
三、教学内容1. 控制系统仿真概述a. 控制系统仿真的定义和意义b. 控制系统仿真的基本流程和方法c. 常见的仿真软件及其特点介绍2. 数学建模与仿真环境a. 控制系统的数学建模方法b. 仿真环境的选择与搭建c. 仿真模型的参数设置和输入输出分析3. 控制系统仿真实验a. PID控制器的仿真实验b. 系统辨识与模型预测控制的仿真实验c. 状态空间控制的仿真实验4. 仿真结果分析与评估a. 仿真结果的可视化分析方法b. 性能指标的计算与评估c. 仿真结果与实际系统的对比分析5. 仿真实验设计与报告撰写a. 仿真实验设计的基本原则和方法b. 仿真实验报告的撰写要点和格式规范四、教学方法1. 理论讲解：通过课堂讲解，让学生了解控制系统仿真的基本概念和原理。
2. 实验操作：通过实验操作，让学生亲自动手建立仿真模型，进行仿真实验。
3. 课堂讨论：通过课堂讨论，让学生分享仿真结果，互相学习和交流。
4. 课程设计：通过课程设计，让学生能够独立设计控制系统的仿真实验。
《控制系统仿真》课件
仿真实验平台的设计与构建
设计和构建仿真实验平台是实现控制系统仿真的关键，我们将讨论其设计要 点和成功案例。
《控制系统仿真》PPT课 件
控制系统仿真是一门关键的技术，本课件将介绍仿真的概念、分类及应用领 域，探讨仿真技术在工程中的实际效果和未来发展趋势。
控制系统仿真的概念介绍
通过仿真技术，我们可以建立虚拟模型来模拟和分析各种控制系统的行为和性能，从而帮助优化设计和决策过 程。
仿真的分类及应用领域
仿真分类
从物理仿真到计算机仿真，各种仿真方法和技术提供了不同领域的应用。
应用领域
控制系统仿真可应用于轨道交通、飞行控制、智能家居、制造业和医疗系统等领域。
案例
我们将介绍仿真在轨道交通、飞行控制、智能家居、制造业和医疗系统中的成功应用案例。
传统控制方法与仿真的优劣比较
1 传统控制方法
传统控制方法存在一些局限性，缺乏对系统细节和非线性特征的准确建模。
2 仿真优势
仿真技术可以提供更全面、准确和灵活的系统分析，帮助指导决策和改进控制策略。
3 案例
我们将比较和探讨传统控制方法和仿真技术之间的优势，并分享成功案例。
仿真工具软件的选择与使用
1
选择仿真软件
根据需求和项目特点选择合适的仿真工
学习与使用
2
具软件，如Matlab/Simulink、LabVIEW等。
了解仿真软件的特点和功能，并学习如
何使用它们进行系统建模和仿真实验。
3
成功案例
我们将分享一些使用仿真工具软件取得 成功的案例，并提供使用技巧和指导。
仿真模型的建立与验证
建立仿真模型是控制系统仿真的关键环节，我们将分享建立和验证仿真模型 的方法和技巧。
控制系统仿真教学大纲
《控制系统仿真》教学大纲一.课程性质、任务和目的本课程是计算机控制技术专业的专业课。
通过本课程的学习，使学生了解MATLAB语言的程序设计的基本内容，掌握必要的数值计算方法及MATLAB 实现，掌握用Simulink为工具进行控制系统仿真的方法与技巧。
二.基本要求通过本课程的教学，应使学生达到下列要求：●掌握MATLAB语言程序设计基础。
●掌握Simulink下数学模型的建立与仿真。
●掌握控制系统仿真方法与技巧。
三.课时分配共32学时，安排在第二学年的第二学期。
其中理论教学22学时，实践教学10学时。
四.先修课程工程数学、自动控制原理。
五.教学内容、要求与安排0.绪论MATLAB语言简介。
1.MATLAB语言程序设计基础。
1.1 教学内容：MATLAB语言的数据结构；MATLAB下矩阵的运算；流程的控制结构；MATLAB函数编写与技巧；MATLAB下图形绘制与技巧。
1.2 教学重点：MATLAB语言的数据结构；MATLAB下矩阵的运算；流程的控制结构；MATLAB函数编写与技巧；MA TLAB下图形绘制与技巧。
1.3 教学难点：MATLAB函数编写与技巧；MA TLAB下矩阵的运算。
2.Simulink下数学模型建立与仿真。
2.1 教学内容：Simulink模块库简介；Simulink模型的建立；Simulink常用模块介绍与应用技巧。
2.2 教学重点：Simulink模型的建立；Simulink常用模块介绍与应用技巧。
2.3 教学难点：Simulink模型的建立；Simulink常用模块应用技巧。
3.控制系统仿真。
3.1 教学内容：Simulink模型举例；线性系统的计算机仿真；子系统与模块封装技术；电机系统仿真。
3.2 教学重点：线性系统的计算机仿真；子系统与模块封装技术；电机系统仿真。
3.3 教学难点：线性系统的计算机仿真；电机系统仿真。
六.考试办法与要求本课程对学生的考试结合平时作业和大作业，总成绩中，平时成绩与大作业成绩比例为4：6。
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控制系统计算机辅助设计---MATLAB语言与应用 东北大学信息学院
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标准型的变换方法总结
可控标准型
可观测标准型 Jordan 标准型
Leunberge 标准型
2013-8-21
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例4-7
求解可观测标准型
标准型
7
2013-8-21
Routh 判据的历史局限性
Routh判据提出时，没有求多项式根的方法
现在求解矩阵特征根、求解多项式方程的 根轻而易举，无需间接方法 Routh判据只能得出是否稳定，进一步信息 得不出来，如系统是否振荡 离散系统无法由Routh方法直接判定，得借 助于Jury判据，更复杂 稳定性分析方法不统一
其中 逐一判定每个子传递函数的稳定性很烦琐 内部稳定性定理
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13
2013-8-21
内部稳定性定理
闭环系统内部稳定的充要条件为
没有不稳定零点 没有不稳定零极点对消
第一个条件等效于输入输出稳定性 判定第2条件即可 可以编写MATLAB函数判定内部稳定性
一般输入信号模型
引入增广状态变量
2013-8-21
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增广状态方程模型
其中
解析解
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52
2013-8-21
MATLAB 实现函数
2013-8-21
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2013-8-21
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14
判定的 MATLAB 函数
2013-8-21
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15
4.1.3 线性系统的线性相似变换
系统的状态方程表示称为系统实现 不同状态选择下，状态方程不惟一 相似变换
状态方程模型 解析解
求解难点
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2013-8-21
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状态增广方法
消除B 矩阵，变成自治系统
增广状态方程
自治系统
可以直接求解析解
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一般输入信号的系统增广
第4章
线性控制系统的计算机辅助分析
薛定宇著《控制系统计算机辅助设计---MATLAB 语言与应用》第二版，清华大学出版社，2006 CAI课件开发：张望舒 哈尔滨工程大学 薛定宇 东北大学
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2013-8-21
1
系统的分析方法
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2013-8-21
可观测性判定
判定矩阵
等同于 Gram 矩阵 MATLAB 求解
系统可控性判定
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Gram 矩阵满足 Lyapunov 方程
对偶问题
2013-8-21
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4.1.6 Kalman 规范分解
Kalman 规范分解
2013-8-21
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31
子空间
示意图
2013-8-21
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32
4.1.6 系统状态方程标准型的 MATLAB 求解
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2013-8-21
由 Gram 矩阵判定可控性
引入可控 Gram 矩阵
该矩阵满足 Lyapunov 方程
MATLAB 求解 矩阵构造
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例4-5 求 Gram 矩阵
MATLAB 命令
Gram 矩阵
单变量系统的标准型
可控标准型
可观测标准型
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34
可控可观测标准型转换
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35
可控标准型和可观测标准型，对偶关系
2013-8-21
53
调用格式
信号描述
2013-8-21
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21
2013-8-21
例4-4 离散状态方程的可控性
MATLAB 求解
2013-8-21
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判定矩阵
判定矩阵构造方法 这样的判定方法同样适合于连续系统和离 散系统。也适用于多变量模型
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给线性系统一个激励信号，输出是什么？ 有两大类方法
解析解方法
求解微分方程、差分方程解析解
数值解方法 基于状态方程的解析解方法 基于传递函数部分方式展开的解析解方法 二阶系统的解析解方法
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主要内容
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4.2.1 基于状态方程的解析解方法
5
状态方程系统的稳定性
连续线性状态方程
解析阶
稳定性： 矩阵的特征根均有负实部
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6
2013-8-21
离散系统的稳定性
离散系统状态方程
离散系统时域响应解析阶
稳定性判定：所有特征根均在单位圆内
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2013-8-21
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4
4.1.1 线性系统的稳定性分析
给定线性系统模型，如何分析稳定性？
由控制理论可知，用Routh 表格可以判定该系统稳定性。 Edward John Routh (1831-1907) 历史局限性
2013-8-21 控制系统计算机辅助设计---MATLAB语言与应用 东北大学信息学院
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例4-1 高阶系统稳定性判定
直接分析方法
零极点模型
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2013-8-21
10
例4-2 高阶离散单位负反馈系统模型
MATLAB 求解
2013-8-21
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常用标准型
单变量系统的标准型
MATLAB 默认的标准型 可控标准型实现 可观测标准型实现 和 Jordan 标准型实现
多变量系统 Leunberge 标准型
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侧重点：如何用 MATLAB 直接获取标准型
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2013-8-21
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离散系统的范数定义
范数的 MATLAB 求解
2013-8-21
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例4-9 已知离散系统模型
2013-8-21
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47
4.2 线性系统时域响应解析解法
2013-8-21
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43
例4-8 已知模型
2013-8-21
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4.1.7 系统的范数测度及求解
系统也有范数
2013-8-21 控制系统计算机辅助设计---MATLAB语言与应用 东北大学信息学院
非奇异矩阵 状态变换 新状态方程模型
2013-8-21
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状态变换公式
MATLAB 求解方法
2013-8-21
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例4-3 已知系统和转换矩阵