【正文】 ，研究參數的變化對系統(tǒng)性能的影響。 本實驗主要內容是：用全狀態(tài)反饋實現(xiàn)二階系統(tǒng)極點的任意配置，并通過電路模擬的方法予以實現(xiàn)，及用全狀態(tài)反饋實現(xiàn)三階系統(tǒng)極點的任意配置，并通過電路模擬的方法予以實現(xiàn)。由于控制系統(tǒng)的動態(tài)性能主要取決于它的閉環(huán)極點在S平面上的位置，因而人們常把對系統(tǒng)動態(tài)性能的要求轉化為一組希望的閉環(huán)極點。一個單輸入單輸出的N階系統(tǒng)，如果僅靠系統(tǒng)的輸出量能夠進行反饋，顯然不能使系統(tǒng)的n個極點位于所希望的位置。基于一個N階系統(tǒng)有N個狀態(tài)變量，如果把它們作為系統(tǒng)的反饋信號，則在滿足一定的條件下就能實現(xiàn)對系統(tǒng)極點任意配置，這個條件就是系統(tǒng)能控。理論證明，通過狀態(tài)反饋的系統(tǒng)，其動態(tài)性能一定會由于只有輸入反饋的系統(tǒng)。假設系統(tǒng)受控系統(tǒng)的動態(tài)方程為： （28） （29）圖261為其狀態(tài)變量圖[12]。圖261 狀態(tài)變量圖令，其中，r為系統(tǒng)的給定量，x為系統(tǒng)狀態(tài)變量，u為控制量。則引入狀態(tài)反饋后系統(tǒng)的狀態(tài)方程為： （210）相應的特征多項式為，調節(jié)狀態(tài)反饋陣K的元素，就能實現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)極點的任意配置。圖262為引入狀態(tài)反饋后系統(tǒng)的方框圖[13]。圖262 引入狀態(tài)反饋后系統(tǒng)的方框圖首先，進入基于Multisim的控制理論仿真實驗平臺的主界面，點擊進入。在選擇界面中選擇實驗八，進入實驗八界面，如圖263所示。再打開Multisim新建一個原理圖，準備開始搭建電路。圖263 實驗八主界面 典型二階系統(tǒng)全狀態(tài)反饋的極點配置控制系統(tǒng)極點的任意配置實驗分二階和三階兩部分，點擊典型二階系統(tǒng)按鈕可以進入二階部分，圖略。點擊輸出反饋電路圖，會出現(xiàn)引入狀態(tài)反饋之前的電路圖，按照如圖264搭建即可。圖264 帶有輸出反饋的二階系統(tǒng)電路圖引入狀態(tài)反饋后的電路圖如圖265所示。圖265 引入狀態(tài)反饋后的二階系統(tǒng)電路圖得到波形圖后，點擊示波器按鈕，對比正確的波形，分析對比校正前后的效果，示波器波形如圖26圖267所示。圖266 引入狀態(tài)反饋前的二階系統(tǒng)示波器波形圖267 引入狀態(tài)反饋后的二階系統(tǒng)示波器波形 典型三階系統(tǒng)全狀態(tài)反饋的極點配置典型二階系統(tǒng)的實驗做完后，點擊返回實驗八按鈕，可以回到實驗八界面，點擊典型三階系統(tǒng)的按鈕進入三階系統(tǒng)部分，做典型三階系統(tǒng)的實驗。進入三階的界面，同二階是一樣的，點擊引入狀態(tài)反饋按鈕，打開引入狀態(tài)反饋之前的電路圖如圖268所示，開始搭建。圖268 帶有輸出反饋的三階系統(tǒng)電路圖點擊引入狀態(tài)反饋電路圖，即可打開帶有狀態(tài)反饋的三階系統(tǒng)的電路圖，如圖269所示。圖269 引入狀態(tài)反饋后的三階系統(tǒng)電路圖 得到示波器圖形后，點擊示波器按鈕，打開示波器的波形對比，如圖270、圖271所示。圖270 引入狀態(tài)反饋前三階系統(tǒng)示波器波形圖271 引入狀態(tài)反饋后三階系統(tǒng)示波器波形得到實驗八的所有波形后要整理好，排版、打印出來交給老師檢查，簽字。模版可以參照下頁。并完成以下實驗要求：，實測他們的階躍響應響應曲線和動態(tài)性能，并與計算所得的各種性能指標進行比較和分析；，確定系統(tǒng)希望的特征多項式，并計算出狀態(tài)反饋增益矩陣；，由實驗測得他們的階躍響應曲線的特征量，并分析是否滿足系統(tǒng)的設計要求；；。實驗思考題如下：?，其瞬態(tài)響應一定會優(yōu)于輸出反饋的系統(tǒng)? 實驗結果范例示例范文如下一頁所示：實驗八 控制系統(tǒng)極點的任意配置實驗人：實驗日期： 二階帶有輸出反饋 二階引入狀態(tài)反饋后 三階帶有輸出反饋 第3章 仿真實驗平臺界面的設計 仿真界面的效果本實驗平臺相當于一本動態(tài)的實驗指導書，由于VB簡單易懂，又功能強大，所以選用了VB軟件做仿真實驗平臺界面的設計。比如基于Multisim的控制理論仿真實驗平臺的主界面如圖31所示，此圖為仿真實驗平臺的首頁，點擊進入按鈕之后才真正進入仿真實驗平臺之中。圖31 基于Multisim的控制理論仿真實驗平臺的主界面從直觀可以看出，此仿真實驗平臺操作簡單，容易理解，而且VB編程簡單，沒有過多復雜的語句，控件很多，可以向其中添加生動的圖片，像首頁中插入的就是我們化工學院的雪景，也為仿真實驗平臺添了幾分美感，同時那黑色大理石上醒目的八個大字“嚴謹、勤奮、求實、進取”放在仿真實驗平臺的首頁上，更是有鼓勵和激勵學生們的深遠含義，也是給學生做實驗前的警示，VB使這個仿真實驗平臺變得豐富多彩，增加了實驗的趣味，比如選擇實驗的界面如圖32所示。圖32 選擇實驗的界面 仿真界面的設計說明本實驗平臺是由多個窗體組合而成的，在每個窗體上添加不同的控件，如按鈕、圖片框、文本框、標簽等，這些都是比較常用的控件。按鈕可以完成界面之間的轉換，可以通過編程設定，當單擊一個按鈕時，發(fā)生什么樣的時間，比如轉換到哪個窗體下，或是顯示圖片、文本框等控件。本實驗平臺的電路圖和示波器的波形的出現(xiàn)都是利用圖片框的Visible屬性完成的。正常情況下將Image的Visible屬性設置成False，當單擊某一按鈕時，Image的Visible屬性變成True，這樣顯示了，編程語句也很簡單，操作也簡單，可以說本實驗平臺的運用和開發(fā)都是簡單易懂的。結 論基于Multisim的控制理論仿真實驗平臺，對于學生和老師都有很大的好處和進步。對學生來說，學生再也不用去打印或者去買厚厚的實驗指導書，花錢是其次，基本上打出來的實驗指導書也不結實，不實用，本課題的仿真實驗平臺其實就相當于一部動態(tài)的實驗指導書，可以簡簡單單的安裝在實驗室的每一臺電腦里，而且安裝也十分簡單，不用像其他軟件一樣的安裝步驟，只需要將仿真實驗平臺存儲在實驗室的每一臺電腦里，就可以使用了。對老師來說，學生有了仿真實驗平臺的指導，仿真實驗平臺中有正確的波形圖像和結果數據，按照電路圖連接完了電路，也得出了圖形或是數據，就可以在仿真實驗平臺上找到正確的波形或者數據，進行自我檢驗，也可以培養(yǎng)學生舉一反三的能力，對老師的教學也有很大的幫助。另外，這個基于Multisim的控制理論仿真實驗平臺可以幫助自動化專業(yè)的學生多了解這個軟件，不是硬生生的去學Multisim，而是換一種輕松地方式學習Multisim，效果會更好些。最重要的是，現(xiàn)在的實驗臺和實驗儀器的價格越來越高，沒有下降的趨勢，而大多數的學生又是在對實驗不熟悉的情況下就到實驗臺或是用實驗儀器開始做實驗，極容易損傷實驗臺或是實驗儀器，檢修也麻煩，所以，用仿真實驗平臺來漸漸代替實驗臺和實驗儀器是很好的一個實驗教學趨勢。并且Multisim在電路仿真方面是極為出色的軟件，有了Multisim軟件，就相當于擁有了一個設備齊全的實驗室，可以非常方便的從事電路設計、仿真、分析工作。參考文獻[1] 王煥然,[J].電力系統(tǒng)及其自動化學報,2010,4(22):157160.[2] 李智華,周峰,[J].電力學報,2012,27(1):2326.[3] “自動控制原理”課程仿真實驗研究[J].實驗室科學,2012,15(3): 120122.[4] [J].計算機仿真,2007,24(12):306308.[5] Heidar and Aider Matarrita Virtual Labs for Distance Education Classes[J]. 1999,25(3):114120.[6] amp。Ultiboard[M].北京:人民郵電出版社,2005.[7] Multisim的電子電路計算機計算機仿真設計與分析[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008.[8] [J].甘肅科學學報,2012,24(4): 123126.[9] 聶典,[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.[10] 龔沛曾,楊志強, Basic程序設計教程[M].北京:高等教育出版社,2007.[11] [M].北京:科學出版社,2001.[12] Atnerton, Control Engineering[M].Van Nostrand:ReinHolld Company Limited,1975.[13] Bower,JL, to the Design of Servomechanisims [M].New York: John Wileyamp。Sons,1958.致 謝16周的畢業(yè)設計逐漸接近了尾聲，我不禁感嘆：時光之易逝！四年的努力與付出，隨著論文的完成，也為我的大學生活畫下了一個比較完整的句號。畢業(yè)設計的勝利完成，乃至學業(yè)的勝利完成，在這個漫長又短暫的過程中，有多少可敬的師長、同學和朋友給了我莫大的幫助和支持，在這里請接受我誠摯的謝意！ 首先，我要衷心地感謝我的畢業(yè)設計指導教師高老師！本論文從選題到完成，每一步都傾注了高老師的大量心血和指導；是他給了我很大支持和鼓勵、耐心輔導與解惑；高老師的淵博的專業(yè)知識，嚴謹的治學態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，由于我對本論文所用的軟件工具不熟悉，給老師添了不少麻煩，但高老師依然熱情的幫助我解決問題，讓我感覺到他人格的魅力；其次，我要感謝我的同學和實驗室的戰(zhàn)友們，因為有你們，我的畢業(yè)設計才能在這樣的短時間內完成，是你們的幫忙、督促、鼓勵和支持；也謝謝你們陪我走過這么寶貴的四年時光；再次感謝在畢業(yè)設計過程中以及大學以來所有專業(yè)課的老師們，謝謝你們；正是你們的付出與不懈的教導和鼓勵，才有我現(xiàn)在的順利完成畢業(yè)設計和順利畢業(yè)！謝謝你們培養(yǎng)了我良好的獨立自主能力和獨自思考的習慣，這是這次畢業(yè)設計完成的充分條件。在我的大學生活中，你們或推動，或攜手，或見證了我成長的印記。總之，和你們在一起的日子會是我此生最寶貴的記憶。謹以拙筆，將這最寶貴的記憶永久珍