华科 信号与控制综合实验 自动控制理论基本实验.docx

电气学科大类 2012 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 学 号 专业班号 同组者1 学 号 专业班号 指导教师日 期 2015年1月 实验成绩评 阅 人实验评分表基本实验实验编号名称/内容（此列由学生自己填写）实验分值评分11、二阶系统的模拟与动态性能研究12、二阶系统的稳态性能研究设计性实验实验名称/内容实验分值评分14、线性控制系统的设计与校正16、控制系统状态反馈控制器设计创新性实验实验名称/内容实验分值评分教师评价意见总分目 录实验十一 二阶系统的模拟与动态性能研究4任务与目标4总体方案设计4方案实现和具体设计5实验设计与试验结果7结果分析与讨论10思考题11实验十二 二阶系统的稳态性能研究15任务与目标15总体方案设计15方案实现和具体设计17实验设计与试验结果17结果分析与讨论24思考题25实验十四 线性控制系统的设计与校正30实验内容30实验步骤31实验结果31结果分析与讨论32思考题38实验十六 控制系统状态反馈控制器设计40实验内容40实验步骤41实验结果43思考题44心得与自我评价45实验十一 二阶系统的模拟与动态性能研究一任务与目标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的比较，研究二阶系统的参数对其性能的影响。二总体方案设计1.典型二阶系统的方框图如图： 典型二阶振荡环节的方框图其闭环传递函数为：式中为系统的阻尼比，为系统的无阻尼自然频率。对于不同的系统，和所包含的内容也是不同的。调节系统的开环增益K，或时间常数T可使系统的阻尼比分别为： 三种。实验中能观测对应于这三种情况下的系统阶跃响应曲线是完全不同的。2.二阶系统可用下图模拟电路来模拟：二阶系统的模拟对应方框图如图所示：二阶系统方框图可写出该系统的传递函数表达式为：C(s)R(s)=-2R2C2s2+2CsR+R2+2=-2R2C2s2+2R+R2R2Cs+2R2C2n=2R2C2=2RC =2(R+R2)2R三、 方案实现和具体设计1.在实验装置上搭建二阶系统的模拟电路 2.根据n=2R2C2=2RC =2(R+R2)2R可知，可以根据调节的大小来调节二阶系统的阻尼比。分别设置0；01； 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p、ts，加以定性的讨论。 3. 改变运放A1的电容C，再重复以上实验内容。4.设计一个一阶线性定常闭环系统，并根据系统的阶跃输入响应确定该系统的时间常数。 所设计的闭环系统：显然此闭环系统的表达式为，理论上的时间常数0.02s。加电源和示波器，观察波形，输出波的峰峰值为1.96V，在上升波的波形曲线上找到等于0.618Vpp（即0.618*1.96V1.21V）的位置，测出波形从稳态值上升到此值的间隔时间，即为时间常数。所测值为21ms,与理论值吻合得比较好。四、 实验设计与实验结果1.时的各种阻尼下的波形(1),无阻尼情况无阻尼情况(2) ，欠阻尼情况欠阻尼情况(3) ，临界阻尼情况 临界阻尼情况(4) ，过阻尼情况过阻尼情况2. 时的各种阻尼下的波形(1) ,无阻尼情况 无阻尼情况(2) ，欠阻尼情况欠阻尼情况(3) ，临界阻尼情况临界阻尼情况(4)，过阻尼情况五、 过阻尼情况结果分析与讨论根据=12KT ，n=KT ，n=12TK、T越大，阻尼比越小，超调量越大；K越大，T越小，无阻尼自然震荡频率越大。同时，由于等效时间常数，于是响应速度只与T有关，T越大，响应越慢。由实验结果的两组图可清晰地看到0时系统很不稳定，振荡很剧烈，理论上是振幅振荡，在实验中由于干扰因素的存在，振幅会略有衰减；当01时，响应快但存在着超调量； 1，无超调量但响应比较慢。我们分别比较三图，可以看出：越小，超调量越大，0时p最大，1时超调量p 0；越小，调节时间ts越大，这是因为此种模型下，自然振荡频率保持不变的缘故，。六、 思考题1.根据实验模拟电路图绘出对应的方框图。消除内环将系统变为一个单位负反馈的典型结构图。此时能知道系统中的阻尼比体现在哪一部分吗？如何改变的数值？ 答：由系统方框图可知该系统此为无阻尼系统。将系统中的某个积分环节改为惯性环节可以改变的数值。2.当线路中的A4运放的反馈电阻分别为8.2k, 20k, 28k, 40k,50k，102k，120k，180k，220k时，计算系统的阻尼比？ 答：取C=0.68F，得闭环传递函数为，此处的R2等效于图中的R2+10k：R2=8.2k，=0.58;R2=20k，=1.41;R2=28k，=1.98;R2=40k，=2.83;R2=50k，=3.53;R2=102k，=7.21;R2=120k，=8.48;R2=180k，=12.73;R2=220k，=15.56.3.用实验线路如何实现0？当把A4运放所形成的内环打开时，系统主通道由二个积分环节和一个比例系数为1的放大器串联而成，主反馈仍为1，此时的？ 答：当把A4运放所形成的内环打开时，阻尼比为04.如果阶跃输入信号的幅值过大，会在实验中产生什么后果？ 答：如果阶跃信号的幅值过大，会使运放进入饱和区而非线性放大区，造成失真现象。5.在电路模拟系统中，如何实现单位负反馈？答：输入信号经过某电阻连接到运放的反相输入端，同相输入端接地，在输出方（注意此时引入的反馈信号与输入信号应该反相）接一个等值电阻到运放的反相输入端，即实现了单位负反馈，实际上此时的运放起反相比例加法器作用，在输出端接一个反相放大电路（反相器），模拟电路的传函即为系统传函。6.惯性环节中的时间常数T改变意味着典型二阶系统的什么值发生了改变？、各值将如何改变？答：二阶系统的传递函数式中：。T改变，则闭环增益K=Kv改变，n和均发生改变。当T增大时，减小，由公式可知超调量增大，与n成反比，也变大，由和都与d有关，而d= ， 当和n都变小时，d可能变小，也可能变大，因而和可能变大也可能变小。7.典型二阶系统在什么情况下不稳定？用本实验装置能实现吗？为什么？ 答：典型二阶系统的特征值s的实部大于0时系统不稳定。用本实验装置能实现，引入正反馈即可。8.采用反向输入的运算放大器构成系统时，如何保证闭环系统是负反馈性质？你能提供一简单的判别方法吗？答：反向输入的运算放大器采用电流负反馈方法，每经过一级运放，输出的信号都要反相一次。通过观察前向通道里的运放个数来决定负反馈的接法。若个数为奇数，则直接在末端接上负反馈到首端；若个数为偶数，则需要在反馈通道中加一个反相器，以此来保证系统是负反馈性质。实验十二 二阶系统的稳态性能研究一、 任务与目标1. 进一步通过实验了解稳态误差与系统结构、参数及输入信号的关系： （1）了解不同典型输入信号对于同一个系统所产生的稳态误差； （2）了解一个典型输入信号对不同类型系统所产生的稳态误差； （3）研究系统的开环增益K对稳态误差的影响。 2. 了解扰动信号对系统类型和稳态误差的影响。 3. 研究减小直至消除稳态误差的措施。二、 总体方案设计1. 控制系统的方框图如图：控制系统方框图 当H(s) = 1(即单位反馈)时，系统的闭环传递函数为： 而系统的稳态误差E(S)的表达式为：系统的误差不仅与其结构（系统类型N）及参数（增益K）有关，而且也与入信号R(s)的大小有关。下表表示了系统类型、增益、信号幂次与稳态误差的关系(表中无阴影部分即稳态误差)。稳态误差表设二阶系统的方框图如图：方框图系统的模拟电路图如图：模拟电路图三、 方案实现和具体设计1. 进一步熟悉和掌握用模拟电路实现线性控制系统方框图以研究系统性能的方法，在实验装置上搭建模拟电路； 2. 自行设计斜坡函数信号产生电路，作为测试二阶系统斜坡响应的输入信号（实验装置上只有周期性方波信号作为阶跃信号输入）。（提高性实验内容） 3. 观测0型二阶系统的单位阶跃和斜坡响应，并测出它们的稳态误差。 4. 观测1型二阶系统的单位阶跃和斜坡响应，并测出它们的稳态误差。 5. 观测扰动信号在不同作用点输入时系统的响应及稳态误差。 6. 根据实验目的和以上内容，自行设计实验步骤。四、 实验设计与实验结果1. 当r(t)1(t)、f(t)0时，且A1(s)、A3(s)为惯性环节，A2(s)为比例环节，观察系统的输出C(t)和稳态误差SS，并记录开环放大系数的变化对二阶系统输出和稳态误差的影响。（1） K=1时的阶跃响应（2） K=2时的阶跃响应在此条件下，此系统为0型系统。由以上各图可知，根据通道的Y增益和其波形所占的格数，可以得到当k=1时，系统的实际稳态位置（阶跃响应）误差约为，与理论位置误差相差不大；当k=2时，实际误差，与理论误差基本相符。 2. 将A1(s)或A3 (s)改为积分环节，观察并记录二阶系统的稳态误差和变化。（1）将A1(s)改为积分环节响应波形：（2）将A3 (s)改为积分环节响应波形：当改为积分环节后，系统变为了1型系统，在以上各图可以看出，系统基本没有误差（注意图中的Y增益不同）；而理论上，1型系统的阶跃输入没有稳态误差；可见实验结果与理论完全相符。3.当r(t)0、f(t)1(t)时，扰动作用点在f点，且A1(s)、A3(s)为惯性环节，A2(s)为比例环节，观察并记录系统的稳态误差SS 。改变A2(s)的比例系数，记录SS的变化。（1） 增益环节K1（即0）,响应波形： （2）增益环节K2（即10k）,响应波形：由以上各图可以看出，当扰动在f点时，随着开环放大系数的增大，扰动导致0型系统阶跃输入稳态误差会逐渐减小。4. 当r(t)0、f(t)1(t)时，且A1(s)、A3(s)为惯性环节，A2(s)为比例环节，将扰动点从f点移动到g点，观察并记录扰动点改变时，扰动信号对系统的稳态误差SS的影响。（1） （2） 以这两张图可以看出，当扰动在g点时，随着开环放大系数的增大，扰动导致的0型系统阶跃输入稳态误差会逐渐增大。5. 当r(t)0、f(t)1(t)，扰动作用点在f点时，观察并记录当A1(s)、A3(s)分别为积分环节时系统的稳态误差SS 的变化。（1），响应波形： （2）由图可知，系统的稳态误差与系统各环节的分布有关，同时可以看出，扰动不一定会引起稳态误差。 6. 当r(t)1(t)、f(t)1(t)，扰动作用点在f点时，分别观察并记录以下情况时系统的稳态误差SS： （1）的阶跃响应运用叠加定理，根据实验步骤1和3，将会产生负的误差，将会产生对于理想端r处而言的正的稳态误差，两者刚好抵消，可见理论上将不会有稳态误差，有实验波形图也刚好证实了这一点。（2） 的阶跃响应此时系统为1型系统，运用叠加定理，根据实验步骤2和3，将不会产生稳态误差，由步骤3，将不会产生对于理想端r处而言的稳态误差，可见理论上系统不会产生稳态误差，实验波形结果也刚好证实了这一点。（3） 的阶跃响应运用叠加定理，根据实验步骤2和3，将不会产生稳态误差，由步骤3，将会产生对于理想端r处而言的正的稳态误差，于是可见理论上系统将会产生正的稳态误差，可见实验结果与理论相符。五、 结果分析与讨论由前述实验结果比较有：1、由实验结果1可知，增大前向通道的开环增益K值，能减小系统的开环误差；2、由实验结果2可知，提高系统的类型（即在前向通道上引入积分环节），使系统变为1型系统，能消除阶跃响应的稳态误差；3、由实验结果3可知，增加扰动作用点以前的前向通道的开环增益K值能减小扰动引起的稳态误差；4、由实验结果4可知，扰动作用点提前，扰动的干扰作用加剧；5、由实验结果5可知，在扰动作用点以前的前向通道上引入积分环节能减小干扰的作用；6、由实验结果6可知：积分环节应出现在扰动作用点以前的前向通道上，不宜出现在扰动作用点之后的前向通道上，否则会加剧扰动的作用。六、 总结：二阶系统中，系统的类型和系统的开环增益K会影响系统的稳态误差，非单位反馈中反馈环节也会起作用。减小系统参考输入引起的稳态误差的方法有：1、增大前向通道的开环增益K值；2、提高系统的类型（即在前向通道上引入积分环节）；减小系统扰动输入引起的稳态误差的方法有：1.增大扰动作用点以前的前向通道的开环增益K值；2.在扰动作用点以前的前向通道上引入积分环节；3.尽量保证扰动作用点在前向通道上的位置靠后，积分环节应出现在扰动作用点以前的前向通道上，不要在扰动作用点之后的前向通道上引入积分环节。 七、 思考题1系统开环放大系数的变化对其动态性能(p、ts、tp)的影响是什么？对其稳态性能（SS）的影响是什么？从中可得到什么结论？答：增大开环放大系数K，p会变大，上升时间ts保持不变，峰值时间tp会减小，其稳态误差会变小。这些现象说明了，开环放大系数会减小系统稳态误差，但会增大超调量，且使系统阻尼减小，振荡加剧。所以仅靠调节开环增益K不能达到让系统稳态性能和动态性能均很好的目的，而应该引入校正器。2对于单位负反馈系统，当SSlimr(t)-C(t)时，如何使用双线示波器观察系统的稳态误差？对于图3-2所示的实验线路，如果将系统的输入r(t)送入示波器的y1通道，输出C(t)送入示波器的y2通道，且y1和y2增益档放在相同的位置，则在示波器的屏幕上可观察到如图12-4所示的波形，这时你如何确认系统的稳态误差SS？ 实验中的波形答：增大开环放大系数K，p会变大，上升时间ts保持不变，峰值时间tp会减小，其稳态误差会变小。这些现象说明了，开环放大系数会减小系统稳态误差，但会增大超调量，且使系统阻尼减小，振荡加剧。所以仅靠调节开环增益K不能达到让系统稳态性能和动态性能均很好的目的，而应该引入校正器。3当r(t)0时，实验线路中扰动引起的误差SS应如何观察？ 答：此时扰动引起的误差SS即为由扰动引起的振荡达到稳态后与0的差值。4当r(t)1 (t)、f(t)1 (t)时，试计算以下三种情况下的稳态误差SS：当r(t)1 (t)、f(t)1 (t)时，试计算以下三种情况下的稳态误差essEss=lims0(s1s11+K0.02s+12)+lims0(s1s10.02s+11+K0.02s+12)=21+KEss=lims0(s1s11+K0.02s0.02s+1)+lims0(s1s10.02s+11+K0.02s0.02s+1)=0Ess=lims0(s1s11+K0.02s0.02s+1)+lims0(s1s10.02s1+K0.02s0.02s+1)=1K5试求下列二种情况下输出C(t)与比例环节K的关系。当K增加时C(t)应如何变化？(a)C(t)ss=lims0(s1s1Ts+11+KTs+12)=11+K当K增加时C(t)减小(b)C(t)ss=lims0(s1sKTs+11+KTs+12)=K1+K当K增加时C(t)增大 6为什么0型系统不能跟踪斜坡输入信号？答：0型系统没有积分环节，闭环传递函数中，分母上没有s，对于斜坡响应，分母上有一个s无法被约掉，随着时间的增长，误差越来越大，无法跟踪斜坡输入。7、为什么0型系统在阶跃信号输入时一定有误差存在？答：对于0型系统，其节约响应的稳态误差表达式为ess=11+K，受实际器件的影响，开环增益K的值不可能无限大，因此误差毕然存在。8、为使系统的稳态误差减小，系统的开环增益应取大些还是小些？答：因为开环增益的表达式出现在稳态误差表达式的分母上，当开环增益增大的时候，稳态误差减小。9、本实验与实验一结果比较可知，系统的动态性能和稳态精度对开环增益K的要求是相矛盾的。矛盾的关键在哪里？在控制工程中如何解决这对矛盾？答：开环增益出现在特征方程的常数项中，对无阻尼自然震荡频率和阻尼比都有影响。矛盾的关键在于要减小系统的稳态误差就必须增大开环增益，而增大开环增益就会使得系统振荡，超调量加大；控制工程中常常做折中处理，即在允许超调量的前提下，尽量增大开环增益或者在不引起系统振荡的情况下增加系统的型别。实验十四 线性控制系统的设计与校正一、实验原理前面的二阶系统和三阶系统动态和稳态性能实验中，我们已经看到了控制系统的动态性能、稳定性和稳态性能通常是矛盾的：增大系统的开环增益可使系统的稳态误差减小，但是也将减小系统的阻尼比，使系统的超调量和振荡性加大。同样，增加开环积分环节可以提高系统类型，使系统跟踪输入信号的能力加强，消除某种输入信号时系统产生的误差，但是却有可能导致系统动态性能恶化，甚至不稳定。例如一个典型二阶系统（1型），其开环传递函数为：变换为标准形式：如果我们希望系统满足：稳态性能：，即增益动态性能：超调量，即，则很明显，该系统所要求具有的动态性能（超调量）指标和稳态性能指标是矛盾的，不可能同时满足。因此，为了使控制系统同时具有满意的动态和稳态性能，就需要对控制系统加入一些环节，以改善系统的某些缺陷，使之具有满意的性能。这些加入的环节称为校正环节或校正装置，它们通常是由一些元件或电路组成的。校正装置与原系统被控对象串联时，称为串联校正；校正装置在反馈通道时则称为反馈校正。本实验研究串联校正情况。串联校正系统的方框图如图：典型二阶振荡环节的方框图二、实验设备1.试验箱、面包板、运算放大器、电阻电容等2.函数信号发生器一台3.数字示波器一台4.万用表一支三、 实验步骤1.按照系统模拟电路图搭建原系统的模型 2.运放电压为15V，输入正负方波的幅值为0.5V，频率为1Hz，测量输入和输出波形，观察输出对输入的跟踪情况，以及系统的阶跃响应。3.按照系统模拟电路图搭建控制器的模型，串联到原系统中。4.同样的输入下测量输出波形，并与校正前的系统比较，看是否满足题目要求，是否与仿真结果相同。5.如果与仿真结果有差异，分析差异产生的原因，并作出调整。四、 实验中应该注意的事项1、该实验为线性系统的校正，因此一定要让系统各个部分工作在线性状态，根据之前基本实验的经验，如果输出波形与仿真结果不同，可能是因为输入的幅值较大，导致系统中某一部分的幅值因接近运放正负电源电压而引起非线性失真，此时可以降低输入的幅值。2、试验中某些值的电阻在E96阻值序列中没有，或在实验室提供的试验箱中没有，与32k相近的为33k，与16k相近的为15.7k（10k、4.7k与1k串联），12k为10k与2k串联。同时应注意，阻值的改变是否影响了系统的特性。本实验中，经仿真测试，阻值的微小变化并未显著影响系统响应。3、串联的校正环节作为控制器应该加在被控对象之前。设计系统校正时不但要考虑系统整体的传递函数，还要考虑每一部分的含义。五、 实验内容及分析：由于实验室的电阻电容不能任意配置，因此在设计被校正系统时必须考虑现实的条件约束， C=1uF比较合适。已知有反馈系统的开环传递函数为：系统开环传递函数现要求该系统 斜坡输入响应稳态误差不大于0.2% 超调PO=500，取k=500.2.超调为20时 =0.45 则PM=100=45.由系统框图，得开环传递函数：GHs=5000.02s2+s及闭环传递函数为G=25000S2+50S+25000原系统模拟电路用matlab实现阶跃响应校正前实验结果：校正前阶跃响应从阶跃响应看出，此系统阻尼比过小，超调很大，且Ts也大，响应不够快。用matlab画出它的波特图：校正前系统波特图在波特图上可以直接看出该系统的相角裕度为PM=180-162=18.很小，故要加一个相位超前校正器使其相角裕度增大，以减小超调。具体校正器的实现过程如下：要求PM=45 m=45-181.1=29.7（留10%的裕量）m=sin-1-1+1得出 =2.96 M = - 10lg= -4.7从波特图上我们可以直接得到此时的n=203rad/sT=1n=0.0286故校正器为Gc=11+0.0846s1+0.0286s为了使校正器的增益为1，因此需要再加一个增益为的放大器。校正器模拟电路（增益为1）校正后的开环传递函数：GcGH=1+0.0846S1+0.0286S5000.02S2+S校正后的波特图如下：校正一次后的波特图当取2.97的时候发现校正后的PM=16，这与要求的PM=45相差甚远！这是因为校正后0db线的穿越频率增大了，相位也就滞后了，因此增大，经多次反复校正后，最终取=3.2再重复上述校正过程，最后得到校正后符合要求的开环传递函数为GcGH=1+0.08544 S1+0.0267 S5000.02S2+S加上校正器之后的模拟电路图波特图如下：其中校正前与校正后的波特图（实线为校正前，虚线为校正后）且校正后阶跃响应：校正后的阶跃响应图中可以看出，校正后的系统调节时间和超调量都满足要求。系统设计符合要求。但是实验和仿真时的调节时间相差较大，原因是实验室里电阻和理论要求的匹配程度低，于是我们用了几个比较接近理论值的电阻和电容，然而校正器参数T和本来就很小，因此只要有一点误差，响应结果就会有很大差别。于是出现了上述实验和理论有较大差异的现象。六、 总结：该方法的策略是通过添加一个与原系统极点位置相同零点和一个新的极点重新配置系统开环极点的位置，并未增加系统阶数，也未改变开环bode增益。虽然，串联的校正环节零点在极点前面，但是，该校正与传统的相位超前校正还是有所差异的。从出发点上讲，该方法并未严格设定目标增益穿越频率，仍按照开环极点配置的方式来考虑系统校正环节的参数，因此，无需考虑最大相位超前频率，只需考虑新的开环非零极点位置。对超强校正应用和效果的评价：1不会改变系统的稳态性能。2使得系统的相角裕度增大，阻尼系数增大，超调减小。3增益穿越频率增大，这样使得系统带宽增大。4波特图高频段的斜率增加，这样抑制噪声的能力有所减弱。七、 实验思考题1、加入超前校正装置后，为什么系统的瞬态响应会变快？答：因为加入超前校正装置后，系统的高频段响应幅值变大，截止频率增大，从而系统的带宽也增大，所以系统的响应速度加快。2、什么是超前校正装置和滞后校正装置，它们各利用校正装置的什么特性对系统进行校正？答：利用控制器的相角超前特性，将校正装置串联在系统的前向通道以改变系统的相频特性的校正装置即为超前校正装置；利用控制器的低通滤波特性，使已校正的系统频率下降，进而使系统获得足够的相角裕度，这样的装置叫滞后校正装置。3、实验时所获得的性能指标为何与设计时确定的性能指标有偏差？答：由于实验电路本身具有一定得非线性，以及在电路设计时都将各个环节考虑成理想的而忽略掉负载效应，再加上环境噪声的影响，使得实验的性能指标和设计的有所偏差。同时，实验所使用的器材如电阻阻值的误差，放大器对信号的畸变等也会影响系统的性能指标。实验十六 控制系统状态反馈控制器设计一、 实验目的1.掌握用全状态反馈的方法实现控制系统极点的任意配置；2.学会分析系统极点与时域响应的关系，了解设计方法；3.学会利用Matlab进行仿真；4.学会根据方框图设计模拟电路并通过实验实现理论的验证。二、 实验原理1.问题的引出：由于系统动态性能取决于闭环极点，因而为了得到预期的动态性能，需要改变闭环极点位置。但是对于单入单出系统仅靠反馈输出量不能使所有闭环极点都满足要求，因而我们想通过反馈各个状态变量实现对系统极点的任意配置。2.原理阐释：图变为由图16-1所示的控制系统的状态空间模型为：等式两边同取Laplace变换，则系统的传递函数阵为： 则系统的特征方程为：方程的根就是系统的闭环极点s1 ,s2 ,sn ,它们决定了系统的性能，当采用状态反馈，即将系统中所有n个状态均作为反馈变量而反馈到系统的输入侧，就可改变系统闭环极点，从而改善系统性能。状态反馈方框图16-2：对于状态反馈时的控制系统的状态空间模型为： 系统的特征方程为所以，选择合适的K值，就可以使特征根s1 ,s2 ,sn 为任意希望值，从而实现极点的任意配置。但需注意：极点任意配置的充要条件为状态完全可控。三、 方案实现和具体设计（具体设计过程和仿真结果见预习报告）用EWB画出加状态反馈前后的电路图如下：未加状态反馈电路图添加状态反馈后电路图EWB电路仿真结果如下所示：未加状态反馈电路仿真结果 添加状态反馈后电路仿真结果由上面两图可知，加状态反馈后系统在超调量和调节时间上有明显的改善。四、实验设计与实验结果1.未加状态反馈控制器的阶跃响应： 未加状态反馈控制器的阶跃响应由图可见，系统的超调量，与其理论值相差不大，调节时间也是达到6S左右。2.添加状态反馈控制器后的阶跃响应: 未加状态反馈控制器的阶跃响应由图可见，添加状态反馈控制器后系统的超调量，与其理论值非常接近，调节时间在2S左右，系统动态性能得到很大的改善。五、 思考题：1.系统极点能任意配置的充要条件为什么是状态可控？答：极点任意配置的基础是需要状态反馈到输入，通过输入来进一步影响状态，改善状态。如果状态不可控，则反馈到输入的状态实际信息是无用的。所以状态必须完全可控。2.为什么引入状态反馈后的系统，其性能一定会优于输出反馈的系统？答：引入状态反馈可任意改变闭环的极点，可使系统性能参数最优，而输出反馈的系统引入的状态较少，配置的范围受到限制。3.指导书上图16-3所示的系统引入状态反馈后，能不能使输出的稳态值高于给定值？答：能。闭环传递函数，使则输出稳态值大于给定值。心得与自我评价操作实验不仅是对理论知识的验证，能让我们对理论知识有更进一步准确的理解，也是对我们动手实践能力的锻炼和考察，有些动手能力强的人往往能很快做完实验，不足的人就需要多多锻炼自己。而且实验操作过程中也是团队合作意识的培养，一个困难实验的顺利有效完成往往需要两个人的合理分工配合，紧密合作，积极探讨，共同面对困难解决困难，这样才能以最大的效率最快的时间完成实验，同时也能一起分享成功，体会到实验的乐趣。实验结束后的总结与处理分析也是要求我们具有总结得失，改正不足的意识，记录下来自己在实验中遇到的问题，又是怎么解决的，以后需要注意哪些，自己又获得了哪些收获与进步。所以实验不仅是对知识的巩固和增长，也是对我们实践能力的锻炼，对我们团队合作意识，解决问题能力的培养，只有明白实验的意义，才能真正用心的想要做好它，才能获得最大的收获。下面是几点具体心得：1.对实验的总体理解这一套自控实验主要是带着我们把所学的几大块知识梳理了一遍。实验11站在时域的角度让我们去体会二阶系统参数对时域动态性能的影响；实验12同样是站在时域的角度继续让我们去验证和探究系统稳态误差与系统类型及扰动加入位置的关系。实验 14则跨越到频域进行系统分析，通过将频域参数和时域参数联系起来，通过改变频域参数(即加入串联校正环节)从而改善时域性能。最后的实验16则是利用现代控制理论中矩阵的方法，通过引入全状态反馈来改变闭环极点，从而改善时域性