【正文】 （66） （67）以小車的位移s，小車速度，擺桿偏角，角速度，為狀態(tài)變量，將單級(jí)倒立擺各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入上式，輸入變量為U，輸出變量為s與u，建立狀態(tài)空間表達(dá)式： （68） （69）3) 測試系統(tǒng)的開環(huán)特性 由上面得到的系統(tǒng)狀態(tài)方程可轉(zhuǎn)化出系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)： （610）在Simulink中搭建電路如下：圖61 傳遞函數(shù)電路圖仿真結(jié)果如下：圖61 仿真圖像結(jié)論： 由圖像可知，兩條曲線均發(fā)散，可知系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。 能控能觀性、穩(wěn)定性的分析用Matlab分析系統(tǒng)能控性，能觀性及穩(wěn)定性1）能控能觀性 在MATLAB命令窗口輸入以下語句： A=[0 1 0 0。0 0 0。0 0 0 1。0 0 0]。 B=[0。0。]。 C=[1 0 0 0。0 0 1 0]。 M=ctrb(A,B)。 N=obsv(A,C)。 rank(M) rank(N) 可得rank(M)=4，rank(N)=4，均滿秩，所以系統(tǒng)完全能控且完全能觀。2）穩(wěn)定性分析 利用eig函數(shù)：[v,d]=eig(A) 可得狀態(tài)矩陣A的特征值為0，0，，并非全具有負(fù)實(shí)部，不滿足平衡狀態(tài)漸進(jìn)穩(wěn)定的充要條件，所以系統(tǒng)不穩(wěn)定。第6章 總結(jié) 課程設(shè)計(jì)過程的任務(wù)總結(jié)與經(jīng)驗(yàn)收獲 本次課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容分為兩大部分：經(jīng)典控制部分和現(xiàn)代控制部分。 我們首先從系統(tǒng)機(jī)理建模，實(shí)驗(yàn)建模兩方面得到了系統(tǒng)的模型，利用電阻，電容及運(yùn)算放大器搭建了物理模型，并進(jìn)行了PID控制算法特性以及超前校正的研究。之后又建立了系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，做了全維觀測器，降維觀測器以及基于狀態(tài)觀測的反饋控制器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到了理想結(jié)果。本次實(shí)習(xí)結(jié)合了現(xiàn)代控制理論，經(jīng)典控制理論，DCS以及系統(tǒng)辨識(shí)多課程的內(nèi)容，對(duì)學(xué)過的知識(shí)有了進(jìn)一步的鞏固與深化，通過對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和控制，將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。同時(shí)，深入學(xué)習(xí)使用了MATLAB這款功能強(qiáng)大的軟件，無論是編程還是仿真的能力，都得到了提高。 課程設(shè)計(jì)中的不足和問題分析 在課程設(shè)計(jì)過程中，出現(xiàn)了不少問題，比如對(duì)于知識(shí)的運(yùn)用不太熟悉，甚至遺忘了學(xué)過的一些內(nèi)容。知其然卻不知其所以然，對(duì)一些現(xiàn)象能觀測，卻不知它的原理是什么。在設(shè)計(jì)過程中也遇到了很多障礙，電路的計(jì)算、程序的編寫等，都還有著很大的提升空間。 對(duì)課程設(shè)計(jì)的建議 實(shí)驗(yàn)箱中很多器件性能不是很好，電阻電容實(shí)際值與標(biāo)稱值誤差很大，甚至出現(xiàn)了器件損毀的現(xiàn)象，建議經(jīng)常對(duì)實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行檢查維護(hù)。另外建議老師有事沒事多來實(shí)驗(yàn)室逛逛，這樣同學(xué)們有什么問題可以及時(shí)向老師詢問解決。參考文獻(xiàn)[1] 胡壽松. 自動(dòng)控制原理（第四版）. 北京：科學(xué)出版社, [2] 劉豹, 唐萬生. 現(xiàn)代控制理論（第三版）. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, [3] 肖田元, 張燕云, 陳加棟. 系統(tǒng)仿真導(dǎo)論[M]. 北京：清華大學(xué)出版社, [4] 王樹斌, 于佐軍, 胡長松. 系統(tǒng)辨識(shí)與自適應(yīng)控制[M]. 山東：中國石油大學(xué)出版社[5] 嚴(yán)蔚敏, 吳偉民. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（C語言版）[M]. 北京：清華大學(xué)出版社, [6] 張德豐. MATLAB/Simulink 建模與仿真. 北京：電子工業(yè)出版社, 附 錄附錄A：組員個(gè)人總結(jié)（一） 1. 課程設(shè)計(jì)過程的任務(wù)總結(jié)與經(jīng)驗(yàn)收獲1） 任務(wù)總結(jié)： 此次的課程設(shè)計(jì)，我們從系統(tǒng)機(jī)理建模，實(shí)驗(yàn)方法建數(shù)學(xué)模型兩種方法得到了雙容水箱系統(tǒng)的基本模型，利用電阻，電容及運(yùn)算放大器搭建了物理模型，并進(jìn)行了PID控制算法特性，串聯(lián)超前校正以及采樣周期影響分析、滯后系統(tǒng)控制性能分析的研究。之后又建立了系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，做了全維觀測器，降維觀測器以及基于全維觀測器的狀態(tài)反饋。實(shí)驗(yàn)結(jié)果大部分達(dá)到了理想結(jié)果，也有幾個(gè)地方的設(shè)計(jì)并不合理，考慮并不周全。本次實(shí)習(xí)結(jié)合了現(xiàn)代控制理論，經(jīng)典控制理論，DCS，控制系統(tǒng)仿真以及系統(tǒng)辨識(shí)等多門課程的內(nèi)容，經(jīng)過實(shí)習(xí)動(dòng)手設(shè)計(jì)，對(duì)于所學(xué)的理論知識(shí)有了更加深入的認(rèn)識(shí)，動(dòng)手能力得到進(jìn)一步的提高，對(duì)于知識(shí)的綜合應(yīng)用能力進(jìn)一步提高。2）經(jīng)驗(yàn)收獲：首先，通過這次的自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問題的能力。這個(gè)設(shè)計(jì)大部分是Matlab軟件的應(yīng)用，使我們更好地掌握了這個(gè)軟件。其次，我覺得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也對(duì)已經(jīng)學(xué)過的自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制原理、控制系統(tǒng)仿真、DCS以及系統(tǒng)辨識(shí)等學(xué)科內(nèi)容的進(jìn)一步鞏固與深化。在平時(shí)的學(xué)習(xí)中，我們只是停留在理論學(xué)習(xí)的層面上，對(duì)一些知識(shí)點(diǎn)沒有直觀深刻的了解。通過這次課程設(shè)計(jì)，我們能夠?qū)χ皩W(xué)過的知識(shí)進(jìn)行更進(jìn)一步的理解與應(yīng)用，我們之前學(xué)過的知識(shí)得到鞏固。認(rèn)識(shí)來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。不僅如此，對(duì)于我們進(jìn)行軟件仿真和編寫程序同樣具有很好的指引作用，鍛煉了我們這方面的能力。此次課程設(shè)計(jì)確實(shí)有些困難，有很多地方是向老師和同學(xué)請(qǐng)假才弄明白，但苦中也有樂，當(dāng)親手調(diào)出一條想要的曲線，總會(huì)忍不住說一聲“完美”來表達(dá)自己內(nèi)心的喜悅。對(duì)我們而言，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。在如今單一的理論學(xué)習(xí)中，很少有機(jī)會(huì)能有實(shí)踐的機(jī)會(huì)。此次實(shí)踐不僅讓我掌握了不少專業(yè)知識(shí)，更多的是獨(dú)立思考，動(dòng)手操作，解決問題的能力。這是最重要的，也將使我在日后的學(xué)習(xí)中受益。2. 課程設(shè)計(jì)中的不足和問題分析首先，在課程設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。很多地方要重新翻看課本才能理解。另外對(duì)一些基本的概念也已經(jīng)記不清，比如老師問我什么是能控，我居然沒答上來。其次，這次課程設(shè)計(jì)遇到了很多問題。1） 在進(jìn)行PID控制的時(shí)候，無論在純比例控制、比例積分還是PID控制，當(dāng)某一個(gè)作用過強(qiáng)時(shí)，理論曲線與通過電路得到的實(shí)際曲線總是擬合的很不好，差距特別大。經(jīng)過老師的解釋，才知道是執(zhí)行器的電壓限幅，就像數(shù)據(jù)采集卡存在05V的限幅。這就是實(shí)踐做的太少，缺乏經(jīng)驗(yàn)的原因。2） 在做串聯(lián)超前校正和狀態(tài)觀測器的時(shí)候，都是先計(jì)算的電路，再加了飽和電路，所以實(shí)際曲線不僅滯后于理論曲線，更比理論值稍微少一點(diǎn)。經(jīng)過老師指導(dǎo)，應(yīng)該是考慮加了飽和環(huán)節(jié)之后再去計(jì)算電路使它達(dá)到要求。3） 在計(jì)算校正環(huán)節(jié)的極點(diǎn)時(shí)，也應(yīng)該綜合考慮來確定，而不是只根據(jù)前面得出的結(jié)果來判斷。最后，這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多專業(yè)知識(shí)問題，通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。3. 對(duì)課程設(shè)計(jì)的建議 1）希望老師能在平時(shí)多給同學(xué)們做一些指引或督促，就像我們算串聯(lián)校正那個(gè)地方，算了一下午以為得到完美結(jié)果給老師檢查時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)一開始的方向就錯(cuò)了，浪費(fèi)了不少時(shí)間和精力。希望老師以后多給同學(xué)們一些指導(dǎo)，讓同學(xué)們不至于走太多彎路。2）試驗(yàn)箱使用時(shí)間太長，維護(hù)不是特別好，試驗(yàn)箱中很多器件性能不佳，甚至損毀，給我們?cè)斐闪瞬恍〉穆闊??？梢宰屚瑢W(xué)們自己焊電路，也可以讓他們先把整個(gè)試驗(yàn)箱都測一遍。3）希望下一級(jí)的有一個(gè)有空調(diào)的實(shí)驗(yàn)室。