自动控制理论实验报告张丰伟.doc

电气学科大类 2010 级信号与控制综合实验课程实 验 报 告(基本实验:自动控制理论基本实验)姓 名 张丰伟 学 号 U201011871 专业班号 电气1004 同组者 彭永晶 学 号 U201011868 专业班号 电气1004 指导教师 日 期 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1013、三阶系统的模拟与研究10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2016、控制系统极点的任意配置20创新性实验实验名称/内容实验分值评分 15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4一、 任务与目标4二、 总体方案设计4三、 方案实现和具体设计5四、 实验设计与实验结果5五、 结果分析与讨论8六、 思考题8实验十三 三阶系统的模拟与研究10一、 任务与目标10二、 总体方案设计10三、 方案实现和具体设计11四、 实验设计与实验结果12五、 结果分析与讨论20六、 思考题20实验十四 线性控制系统的设计与校正21一、 任务与目标21二、 总体方案设计21三、 方案实现与具体设计23四、 实验设计与实验结果29五、 结果分析与讨论：31六、 思考题：32实验十六 控制系统极点的任意配置32一、 任务与目标32二、 总体方案设计32三、 方案实现和具体设计33四、 实验设计与实验结果40五、 结果分析与讨论42六、 思考题42实验心得与体会43参考文献4445实验十一 二阶系统的模拟与动态性能研究1、 任务与目标熟悉电子模拟装置的组成和工作原理，掌握用运算放大器构成各种典型环节的方法。学会观察动态阶跃响应曲线的方法。测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响。2、 总体方案设计典型二阶系统的方框图如图11-1： 图11-1.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。二阶系统可用图11-2所示的模拟电路图来模拟：图11-2,二阶系统模拟电路图,，其中R=10K3、 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（参考图11-2）。 2. 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。4、 实验设计与实验结果1. 取C=0.68uf（1）01(取R21(取R24.14k)过阻尼阶跃响应2. 取C=1uf1 =0零阻尼阶跃响应2 01过阻尼阶跃响应5、 结果分析与讨论0时系统临界稳定，理论上是等幅振荡，但实验中由于分布参数干扰，无法做到恰好无衰减，因而振幅会略有衰减。当01时，响应快但存在着超调量。1时，系统为临界阻尼。 1，无超调量但响应比较慢。越小，超调量越大，0时超调量最大，1时无超调量。越小，因自然振荡频率保持不变，由，调节时间ts越大。6、 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？ 方框图如图：化简后可得：系统的阻尼比体现在前向通路；调节R2的值即可改变阻尼比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？ ,，其中R=10K取C=1F，得闭环传递函数为；（R2单位为k）R2 8.2 1.2869343417595220 2.1213203435596428 2.6870057685088840 3.5355339059327450 4.24264068711929102 7.91959594928933120 9.19238815542512180 13.4350288425444220 16.26345596729063 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？ 把运放A4的反馈电阻置零，则此时0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？ 如果阶跃信号的幅值过大，会使运放饱和，引起失真5 在电路模拟系统中，如何实现单位负反馈？用运放接成反相加法电路；若输出方信号与输入信号反相，则将输出方接到加法器一输入端，使反馈电阻与输入等值电阻相等，即实现单位负反馈；若同相，则将输出方信号经一反相器接到加法器输入端，并使反馈电阻与输入等值电阻相等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？二阶系统的传递函数，式中，。T改变，则和均发生改变。当T增大时，减小，减小由，超调量增大；，也变大，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？ 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，引入正反馈即可实现不稳定二阶系统。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？反向输入的运算放大器，每经过一级运放，输出的信号都要反相一次。观察前向通道里的运放个数来，若个数为奇数，则直接在末端接反馈到首端；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。实验十三 三阶系统的模拟与研究1、 任务与目标通过实验，进一步了解高阶系统动态及稳态误差与系统结构、参数及输入信号的关系，为下一步学习掌握控制系统的设计和校正打下基础。观察并掌握三阶系统在单位阶跃信号作用下的动态性能，掌握按照实验原理和方框图进行电子模拟实验电路和参数设计、调试的方法，着重体会参数变化对系统性能的影响。掌握对实验观察结果进行总结和提出问题、解决问题方法。 2、 总体方案设计 三阶系统的方框图如图：图13-1,控制系统方框图三阶系统开环传递函数为三阶系统闭环传递函数为求解特征方程可得到闭环特征根，根据特征根性质可得知系统的阶跃响应和稳定性。一般来说，通过求根方式来获得系统的稳定性信息是非常困难的。通常借助于劳斯判据判断系统的稳定性。根据系统的结构、参数的不同，高阶系统与二阶系统类似，可以是过阻尼、欠阻尼和无阻尼的，也可以是不稳定的。高阶系统也可以用运算放大器电路模拟。改变运放电路的各参数，就可改变系统的放大系数或类型。通过实验观察、研究系统参数变化对高阶系统的动态及稳态性能的影响，可防止系统因参数或结构变化导致特性变坏，甚至不稳定。改变控制系统的模拟电路的参数或结构，就可以使系统运行在不稳定、临界稳定和稳定3种不同的状态。实验模拟电路图如图：3、 方案实现和具体设计1 根据实验原理，设计并搭建三阶线性系统模拟电路 21 当T1=T2=T2时，改变比例环节K的值，观察并记录系统输出c(t)的变化情况，或将其中一个接成积分环节，观察并记录响应情况2 改变K，使系统输出c(t)随K增加而刚刚呈现等幅振荡的波形时，系统处于临界稳定状态。求此时K值，并与理论值比较3 当K大于临界值时，断开电源，并使r(t)，然后突然接通电源，观察并记录电源接通瞬间系统的输出c(t)3 测量三阶系统的动态特性，并通过系统的阶跃响应观察系统的稳定性4 测量三阶系统的稳态特性4、 实验设计与实验结果1 根据实验原理，设计并搭建三阶线性系统模拟电路 1 当T1=T2=T2时，改变比例环节K的值，观察并记录系统输出c(t)的变化情况欠阻尼（阶跃响应）临界阻尼（阶跃响应）过阻尼（阶跃响应）欠阻尼（斜坡响应）临界阻尼（斜坡响应）过阻尼（斜坡响应）2 改变K，使系统输出c(t)随K增加而刚刚呈现等幅振荡的波形时，系统处于临界稳定状态。求此时K值，并与理论值比较临界稳定（阶跃）临界稳定（斜坡）3 当K大于临界值时，断开电源，并使r(t)，然后突然接通电源，观察并记录电源接通瞬间系统的输出c(t)不稳定系统自激振荡2 测量三阶系统的动态特性，并通过系统的阶跃响应观察系统的稳定性欠阻尼情况下阶跃响应波形，稳定过阻尼情况下阶跃响应波形，稳定不稳定情况波形3 测量三阶系统的稳态特性1 当r(t)1(t)、f(t)0时，且A1(s)、A3(s)、A4(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。 增益环节K0.1111（即R61.111k）,响应波形，稳态误差eee0.9增益环节K0.25（即R6=2.5k）,响应波形，稳态误差eee0.8增益环节K1（即R610k）,响应波形，稳态误差eee0.5由图可看出：随着K增大，逐渐减小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。将A1(s)改为积分环节响应波形：(R6=2.5k）A1为积分环节阶跃响应由图可看出，稳态误差为03 当r(t)0、f(t)1(t)时，扰动作用点在f点，且A1(s)、A3(s)、A4(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。增益环节K0.16（即R6=1.6k）,响应波形，SS 0.86扰动作用在f点阶跃响应（K=0.16）增益环节K0.35（即R6=3.5k）,响应波形：扰动作用在f点阶跃响应（K=0.35），SS 0.74由图可见，随着K增大，稳态误差减小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。扰动点前移后，响应波形：扰动作用在g点阶跃响应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。A1(s) 为积分环节时, 响应波形：扰动作用在f点且A1为积分环节阶跃响应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： a.A1(s)、A3(s)均为惯性环节；当r(t)1(t)、f(t)1(t)且A1、A3均为惯性环节阶跃响应,此时稳态误差SS 0.74b.A1(s)为积分环节，A3(s)为惯性环节； 当r(t)1(t)、f(t)1(t)且A1积分、A3惯性的阶跃响应,此时稳态误差SS 0c.A1(s)为惯性环节，A3（s)为积分环节当r(t)1(t)、f(t)1(t)且A1惯性、A3积分的阶跃响应此时稳态误差SS -4综上，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。 5、 结果分析与讨论本实验内容很多，基本上包含实验十二内容，通过这个实验，了解了稳态误差与系统结构、参数及输入信号的关系，同时我们也掌握了通过改变增益来改变稳态误差、通过改变系统型别来消除稳态误差的方法。改变K的值可使电路工作在过阻尼、临界阻尼、欠阻尼、临界稳定、不稳定情况。过阻尼无超调量但响应比较慢，欠阻尼时响应快但存在着超调量，临界稳定时为等幅振荡，不稳定时幅值振荡增大由于运放饱和的限制波形幅值有界。不稳定时，去掉信号源，上电后系统输出振荡波形，幅值增大直到饱和。测量稳态特性的内容同实验十二，步骤繁琐，需要考虑的因素增多。有时波形很不稳定，甚至调不出出稳定的波形。经过反复调试才最终解决。这在一定程度上也锻炼了我们应对实验突发情况与故障排除的能力。由该实验结果可得出：1、由步骤1结果可知，增大前向通道的开环增益K值，能减小系统的开环误差；2、由步骤2，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、由步骤3，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、由步骤4，扰动作用点提前，扰动的干扰作用加剧；5、由步骤5，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、由步骤6：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。综上，增大前向通道的开环增益K，提高系统的类型可减小系统稳态误差。增大扰动作用点以前的前向通道的开环增益K，在扰动作用点以前的前向通道上引入积分环节，可以减小系统扰动引起的误差，尽量做到扰动作用点在前向通道上的环节靠后，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。6、 思考题1 当K大于临界值时，三阶系统是不稳定的，此时系统的输出应是什么样的波形？如果系统中某一环节处于饱和特性，这时系统的输出会有什么变化？输出波形幅值会增大，若不考虑饱和则会一直增大，正实根分量则按指数增长，共轭复根分量则振荡增长若某一环节处于饱和，则输出幅值不会到无穷大，而是有界值2 对于一个结构不稳定系统，在没有参考输入的情况下，突然接通工作电源，此时系统输出的过渡过程曲线呈什么趋势？是发散还是收敛？对于有运算放大器模拟的系统，此时的稳定输出是什么？应该作何解释？不稳定系统在没有参考输入的情况下，接通电源，则输出信号模值会指数增长或振荡增长，发散。对于有运算放大器模拟的系统，由于运放有输出饱和的限制，模值不会无限增大，此时输出波形为有限值，波形收敛或发散。实验十四 线性控制系统的设计与校正1、 任务与目标熟悉串联校正装置的结构和特性。掌握串联校正装置的设计方法和对系统的实时调试技术2、 总体方案设计1 实验原理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，但也将系统的阻尼比，使系统超调量和震荡性加大；同样，增加开环积分环节可以提高系统型别，使系统跟踪输入信号的能力增强，消除系统产生的误差，却有可能导致系统动态性能恶化，甚至不稳定。 为了使系统同时具有满意的动态和稳态性能指标，就需要对控制系统加入一些环节，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矫正环节或校正装置。 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，称为反馈校正。闭环系统对开环对数频率特性有以下要求：低频段具有足够高的增益（dB），以保证稳态误差足够小；中频段（截止频率附近）具有-20dB/dec的斜率（即具有足够的相角裕度），以保证系统的稳定性；高频段具有足够负的斜率，以保证足够强的抑制噪声干扰能力。 2 超前校正校正环节传递函数及参数为(s)= sin= T=其模拟电路如图：超前校正模拟电路式中，T=;=1。它在频率为到之间可提供一个最大的正相角，补偿系统所需的相角裕度。这个最大的正相角为。频率特性如图：无源超前校正网络传递函数自身附带的极点，能在高频段降低幅频特性斜率至原来值，因此不需要特别设置高频段滤波装置。3 滞后校正校正环节传递函数及参数为(s)= sin=其模拟电路如图：式中，;1。滞后校正能在提供一个积分环节提高系统类型的同时，再提供一个负实数零点，补偿由于积分环节的加入对系统稳定性的影响。频率特性如图：利用滞后校正装置的高频幅值衰减特性，可使系统增益提高，使系统在满足静态性能的前提下又能满足其动态性能的要求。4 超前滞后校正对系统要求具有较高动态性能和稳态性能，同时对系统带宽和响应速度有严格要求，采用单一的超前或滞后校正难以奏效时，可将超前和滞后两种校正形式结合起来。校正环节传递函数为3、 方案实现与具体设计1 超前校正校正前二阶系统方框图其传递函数为G(s)=模拟电路为系统模拟电路伯德图如图所示：系统校正前(绿色)与校正后（蓝色）伯德图由伯德图知其穿越频率为13.7rad/s，相位裕度为23校正要求：保持单位阶跃响应稳态误差不变 相位裕度约为50则校正环节需要提供=(50-23)x110=30。由(s)= 其中sin= T=可解得=3。由M=-10lg=-4.7712db得新的穿越频率=18.6rad/sT=0.031s，T=0.155得到校正环节传函为(s)=。由前面校正后的伯德图可得：系统型别未变且增益基本不变，故稳态误差不变，满足要求；校正后相位裕度约为50，满足要求。故上面设计的校正环节基本符合要求。串联校正环节后方框图如图：其模拟电路为：超前校正环节模拟电路串联校正环节后电路如图：校正后模拟电路仿真波形如图：未校正系统仿真阶跃响应校正后系统仿真阶跃响应仿真结果显示：校正后超调量减小，上升时间缩短，调节时间缩短，稳态误差不变。2 滞后校正校正前二阶系统方框图其传递函数为G(s)=模拟电路为：系统模拟电路伯德图如图所示：系统校正前(绿色)与校正后（蓝色）伯德图校正要求：保持单位阶跃响应稳态误差不变 超调为20%与超前校正步骤类似，得到校正环节传函为(s)=。由前面校正后的伯德图可得：系统型别未变且增益基本不变，故稳态误差不变，满足要求；校正后相位裕度约为30，超调约为20%，满足要求。故上面设计的校正环节基本符合要求。其模拟电路为：超前校正环节模拟电路串联校正环节后方框图如图：串联校正环节后电路如图：校正后模拟电路仿真波形如图：未校正系统仿真阶跃响应校正后系统仿真阶跃响应仿真结果显示：校正后稳态误差不变，超调量减小，上升时间缩短，但调节时间变长。4、 实验设计与实验结果1 超前校正1 未加入校正环节时阶跃响应波形未校正阶跃响应其超调量PO=100%=60%，稳态误差为0与理论结果比较：由仿真阶跃响应波形得到理论PO为60.0%，实验结果与仿真结果基本相符2 加入了校正环节后阶跃响应校正后阶跃响应波形超调量PO=100%=31%，稳态误差为10%与理论结果比较：由仿真阶跃响应波形得到理论PO为40%，实验结果小于仿真结果。超调量降低，相位裕度增加，但引入了稳态误差。2 滞后校正1 未加入校正环节时阶跃响应波形未校正阶跃响应其超调量PO=100%=10.5%，稳态误差为90%与理论结果比较：由仿真阶跃响应波形得到理论PO为45.0%，实验结果由于偏置的影响，电压漂移，若减去次漂移电压，则PO为43.75%与仿真结果基本相符2 加入了校正环节后阶跃响应校正后阶跃响应波形超调量PO=100%=9.1%，稳态误差为10%与理论结果比较：由仿真阶跃响应波形得到理论PO为20%，实验结果小于仿真结果。超调量降低，相位裕度增加，但引入了稳态误差。5、 结果分析与讨论：超前校正，校正前超调PO=60%，校正后超调PO=31%。阻尼系数随着超调PO降低而增大，相位裕度PM100增大。带宽增大，上升时间tr，调节时间ts减小，响应速度加快。滞后校正，校正前超调PO=45%，校正后超调PO=9.1%。阻尼系数随着超调PO降低而增大，相位裕度PM100增大。带宽减小，上升时间tr，调节时间ts增大，响应速度变慢。实际电路由于元件非理想、偏置电流、元件参数误差、元件老化等原因，搭建的电路理论上无稳态误差，但实际上有。引入超前校正理论上不产生稳态误差，实际情况产生10%稳态误差；滞后校正前的电路有很大的电压漂移，校正后漂移减小，稳态误差减小。6、 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？加入超前校正装置后，穿越频率变大，系统通频带变宽，响应变快。2 超前校正装置和滞后校正装置，他们各利用校正装置的什么特性对系统进行校正？超前校正装置利用相位超前来改善系统的动态性能，对系统进行校正；滞后校正装置利用高频幅值衰减特性来校正系统。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？实验时，运放不是理想的，偏置电流会造成零点漂移；实验电路所用的元件实际参数与标称值存在误差，导致实际电路与设计电路存在差异；设计的元件参数无法非常精确的用电路搭建；元件老化，一些性能指标与设想的差别较大；实际搭建的电路中存在一定的高频干扰； 实验十六 控制系统极点的任意配置1、 任务与目标掌握用全状态反馈的方法实现控制系统极点的任意配置。学会用电路模拟与软件仿真的方法，研究参数的变化对系统性能的影响。2、 总体方案设计图所示状态空间模型为式中，x为状态向量，y为输出向量，u为输入向量；A、B、C均为与系统的结构和参数有关的系数矩阵。对该状态空间模拟运用拉普拉斯变换，可以求出系统的传递函数阵为： 即系统的特征方程为：方程的根就是系统的特征根s1 ,s2 ,sn ,它们代表了系统的稳定性和主要动态性能。当这些根不在s平面上的希望位置时，系统就不会具有满意的性能。如果采用状态反馈的方式，则意味着将系统中所有n个状态均作为反馈变量，反馈到系统的输入侧，通过输入变量u来改变系统的状态，系统的方框图变为图16-2：对于状态反馈时的控制系统的状态空间模型为： 式中，v为实际输入向量；K为状态反馈系数矩阵。此时系统的特征方程为。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。同时重新配置后的极点仍然只有n个。极点任意配置的充要条件是状态必须完全可控。因此可通过控制系统状态反馈控制器的设计来改善系统的动态性能。3、 方案实现和具体设计1 二阶系统设原始二阶系统为二阶系统方框图传函=仿真波形如图：模拟电路图如下：二阶系统模拟电路校正目标：响应较快速，有一定的超调，取=0.8，由=0.01 =500rad/s此时特征方程为s2+800s+250000 = 0，方程解为s1=-400+j300，s2=-400-j300状态空间方程：检查可控性： =rank =2 系统可控配置极点：与预期的特征方程s2+800s+250000 = 0比较，解得k1=7.5,k2=5。配置极点后系统方框图为：仿真波形如图：配置极点后系统方框图设计模拟电路如下：配置极点后模拟电路图电路仿真波形如图：2 三阶系统设三阶系统方框图如下：三阶系统方框图仿真波形如图：模拟电路如下三阶系统模拟电路状态空间方程： y=0 0 1检查可控性： 系统可控配置极点： =校正目标：响应较快速，有一定的超调，取=0.8，由=1 =5rad/s此时特征方程为s2+8s+25 = 0，方程解为s1=-4+j3，s2=-4-j3。另一个极点设为-10，为非主导极点比较两式，得到k1=3,k2=1,k2=1引入状态反馈后的方框图： 配置极点后系统方框图仿真波形如图：其模拟电路图如下：配置极点后三阶系统模拟电路图电路仿真波形如图4、 实验设计与实验结果1 二阶系统二阶系统未配置极点阶跃响应波形 、二阶系统配置极点后阶跃响应波形2 三阶系统三阶系统未配置极点阶跃响应三阶系统配置极点后阶跃响应5、 结果分析与讨论1 二阶系统仿真结果，配置极点前上升时间tr=0.064s；配置极点后上升时间tr=0.015s 。实验结果，配置极点前上升时间tr=0.055s；配置极点后上升时间tr=0.015s 。实际值与理论值相比较，相差不大，结果比较准确。由极点配置前后的波形可见，引入状态反馈后系统响应时间缩短，改善了系统性能，引入状态反馈达到了要求。2 三阶系统仿真结果，配置极点前系统为不稳定系统；配置极点后系统为稳定系统，超调量为9.09%，峰值时间tr=0.75s 。实验结果，配置极点前系统为不稳定系统，类似积分电路，幅值越积越大至饱和；配置极点后超调量为5.5%，峰值时间tr=0.9s，稳态误差10%。实验值与理论值差别不大，引入状态反馈达到前述的要求。引入状态反馈后，原不稳定系统变为稳定系统，并有较小的超调量和较短的响应时间。综上，状态反馈可以实现极点的任意配置，并由此改善系统的性能，具有优于只有输出反馈的系统的动态性能。6、 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？极点的任意配置的基础是将状态实际信息反馈到输入，通过输入来进一步影响状态、改善状态。如果输入不能影响状态（状态不可控），则反馈到输入的状态实际信息是无用的，这就是极点任意配置的充要条件状态必须完全可控。2 为什么引入状态反馈系统后的系统，其性能一定会优于输出反馈的系统？引入状态反馈，则将系统中所有n个状态均作为反馈变量，反馈到系统的输入侧，通过输入变量u来改变系统的状态，引入的是全反馈，是所有状态的反馈。输出反馈不改变系统的能控性和能观测性，但只能在一定范围内改变系统极点的位置。输出反馈只把输出反馈至输入，对系统内部某些与输出无关的状态没有合理的控制。一般地说，不能用输出反馈任意配置极点。因而状态反馈优于输出反馈的系统。3 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？改变G，可配置系统的极点如果系统是状态可控的，因而可以使输出