系统稳定性分析 、利用MATLAB 实现极点配置、设计状态观测器

实验报告

实验名称系统稳定性分析、利用MATLAB实现极点配置、设计状态观测器系专业班

姓名学号授课老师

预定时间实验时间实验台号

一、目的要求

掌握系统稳定性的概念。学会使用MATLAB确定线性定常系统和非线性定常系统的稳定性。

掌握状态反馈和输出反馈的概念及性质。

掌握利用状态反馈进行极点配置的方法。学会用MATLAB求解状态反馈矩阵。

掌握状态观测器的设计方法。学会用MATLAB设计状态观测器。

熟悉分离定理，学会设计带有状态观测器的状态反馈系统。

二、原理简述

函数eig()的调用格式为V=eig(A)返回方阵A的特征值。

函数roots()的调用格式为roots(den)，其中den为多项式的系数行向量。计算多项式方程的解。

函数pole()的调用格式为pole(G)，其中G为系统的LTI对象。计算系统传递函数的极点。

函数zpkdata()的调用格式为[z,p,k]=zpkdata(G,’v’)，其中G为系统LTI对象。返回系统的零点、极点和增益。

函数pzmap()的调用格式为pzmap(G)，其中G为LTI对象。绘制系统的零点和极点。

对于线性定常连续系统x Ax，若A是非奇异矩阵，则原点是其唯一的平衡状态。统在原点处大范围渐近稳定的充分条件是：存在李氏函数v(x)x T px，且v(x)正定，v(x)负定。

如果SISO线性定常系统完全能控，则可通过适当的状态反馈,将闭环系统极点配置到

任意期望的位置。

MATLAB提供的函数acker()是用Ackermann公式求解状态反馈阵K。

MATLAB提供的函数place()也可求出状态反馈阵K。

如果线性定常系统完全能观测，则可构造全维（基本）观测器。全维（基本）

状态观测器的状态方程为观测器的反馈矩阵L为

其中为系统的能观测矩阵。

其中为期望的状态观测器的极点。观测器设计是极点配置的对偶问题，故可利用函数acker()和place()进行求解。

PC计算机，MATLAB软件

四、内容步骤

题4.1A=[0,2,-1;5,1,2;-2,0,0];B=[1;0;-1];C=[1,1,0];D=0; flag=0;[z,p,k]=ss2zp(A,B,C,D,1);

disp('系统零点极点增益分别为:');

z，p，k

n=length(A);

for i=1:n

if real(p(i))>0

flag=1;

end

end

if flag==1

disp('系统不稳定');

else

disp('系统稳定');

end

Q=eye(3,3);P=lyap(A,Q);flag=0;n=length(A);

for i=1:n

det(P(1:i,1:i))

if(det(P(1:i,1:i))<=0)

flag=1;

end

if flag==1

disp('系统不稳定');

else

disp('系统稳定');

end

题5.1A=[0,1,0;0,0,1;-4,-3,-2];B=[1;3;-6];C=[1,0,0];D=0;

P=[-1,-2,-3];syms k1k2k3s;K=[k1,k2,k3];

eg=simple(det(s*diag(diag(ones(size(A))))-A+B*K));

f=1;

for i=1:3

f=simple(f*(s-P(i)));

end

f=f-eg;

[k1,k2,k3]=solve(subs(f,'s',0),subs((diff(f,'s')),'s',0),diff(f,'s',2)) A=[0,1,0;0,0,1;-4,-3,-2];B=[1;3;-6];C=[1;0;0];P=[-1,-2,-3];K=acker(A,B,P) A-B*K

A=[0,1,0;0,0,1;-4,-3,-2];B=[1;3;-6];C=[1;0;0];eig(A)'

P=[-1,-2,-3];K=place(A,B,P)

eig(A-B*K)'

题5.2A=[-10-35-50-24;1000;0100;0010];

B=[1;0;0;0];C=[172424];D=0;P=[-30-1.2-2.4+4j-2.4-4j];

eig(A-B*K)

G1=ss(A,B,C,D);G2=ss(A-B*K,B,C,D);subplot(121);step(G1);subplot(122);step(G2);

题5.3A=[0,1,0;0,0,1;-4,-3,-2];B=[1;3;-6];C=[1,0,0];

n=3;ob=obsv(A,C);roam=rank(ob);

if roam==n

disp('系统能观');

elseif roam~=n

disp('系统不能观');

end

P=[-1,-2,-3];A1=A';B1=C';C1=B';K=acker(A1,B1,P);E=(K)'

aEc=A-E*C

题5.4A=[010;001;-12-16-7];B=[0;0;1];C=[660];D=0;

Gss=ss(A,B,C,D);Gzpk=zpk(Gss);[z,p,k]=zpkdata(Gss,'v')

Gtf=tf(Gss)

Uc=[B A*B A*A*B];Uo=[C;C*A;C*A*A];c=rank(Uo),o=rank(Uo)

K1=[030];K2=[132];K3=[031];A1=A-B*K1;A2=A-B*K2;A3=A-B*K3;

G1ss=ss(A1,B,C,D);G2ss=ss(A2,B,C,D);G3ss=ss(A2,B,C,D);

G1tf=tf(G1ss)

[z1,p1]=zpkdata(G1ss,'v')

c1=rank(ctrb(A1,B)),o1=rank(obsv(A1,C))

G2tf=tf(G2ss)

[z2,p2]=zpkdata(G2ss,'v')

G3tf=tf(G3ss)

[z3,p3]=zpkdata(G3ss,'v')

c3=rank(ctrb(A3,B)),o3=rank(obsv(A3,C))

五、数据处理

题4.1（1）系统零点极点增益分别为:

z= 1.0000

-4.0000

p=-3.3978

3.5745

0.8234

k=1系统不稳定

（2）ans=-2.1250

ans=-8.7813

ans= 6.1719系统不稳定

题5.1k1=194/131

k2=98/131

k3=-6/131

K= 1.48090.7481-0.0458

ans=-1.48090.25190.0458

-4.4427-2.2443 1.1374

4.8855 1.4885-2.2748

ans=-1.6506-0.1747-1.5469i-0.1747+ 1.5469i

ans=-3.0000-2.0000-1.0000

题5.2K=26.0000172.5200801.7120759.3600 ans=-30.0000

-2.4000+4.0000i

-2.4000-4.0000i

-1.2000

题5.3系统能观

E=4

-10

aEc=-410

001

6-3-2

-2.0000

-3.0000 k=6

Transfer function:

6s+6

-----------------------

s^3+7s^2+16s+12

c=3o=3 Transfer function:

6s+6

-----------------------

s^3+7s^2+19s+12

z1=-1

p1=-0.8821

-3.0589+2.0606i

-3.0589-2.0606i

c1=3o1=3

Transfer function:

6s+6

-----------------------

s^3+9s^2+19s+13

z2=-1

-1.3407+0.5099i

-1.3407-0.5099i

c2=3o2=3

Transfer function:

6s+6

-----------------------

s^3+9s^2+19s+13

z3=-1

p3=-6.3186

-1.3407+0.5099i

-1.3407-0.5099i

c3=3o3=2

七、分析讨论

通过本次实验，加深了系统稳定性判定的概念，并且对极点配置和状态观测器的设计方法有了更深的理解。利用MATLAB的函数求取状态观测器和极点配置的相关参数极

大的提高了设计效率。促进了技术的发展！

实验 6 极点配置与全维状态观测器的设计(优.选)

实验 6 极点配置与全维状态观测器的设计 一、实验目的 1. 加深对状态反馈作用的理解。 2. 学习和掌握状态观测器的设计方法。 二、实验原理 在MATLAB 中，可以使用acker 和place 函数来进行极点配置，函数的使用方法如下：K = acker(A,B,P) A，B为系统系数矩阵，P为配置极点，K为反馈增益矩阵。 K = place(A,B,P) A，B为系统系数矩阵，P为配置极点，K为反馈增益矩阵。 [K,PREC,MESSAGE] = place(A,B,P) A，B为系统系数矩阵，P为配置极点，K为反馈增益矩阵，PREC 为特征值，MESSAGE 为配置中的出错信息。 三、实验内容 1.已知系统 （1）判断系统稳定性，说明原因。 （2）若不稳定，进行极点配置，期望极点：-1，-2，-3，求出状态反馈矩阵k。 （3）讨论状态反馈与输出反馈的关系，说明状态反馈为何能进行极点配置？ （4）使用状态反馈进行零极点配置的前提条件是什么？ 1. （1） （2） 代码： a=[-2 -1 1;1 0 1;-1 0 1]; b=[1,1,1]'; p=[-1,-2,-3]'; K=acker(a,b,p) K = -1 2 4 （3）讨论状态反馈与输出反馈的关系, 说明状态反馈为何能进行极点配置?

在经典控制理论中,一般只考虑由系统的输出变量来构成反馈律，即输出反馈。在现代控制理论的状态空间分析方法中,多考虑采用状态变量来构成反馈律，即状态反馈。从状态空间模型输出方程可以看出，输出反馈可视为状态反馈的一个特例。状态反馈可以提供更多的补偿信息，只要状态进行简单的计算再反馈，就可以获得优良的控制性能。 (4)使用状态反馈配置极点的前提是系统的状态是完全可控的。 2.已知系统 设计全维状态观测器，使观测器的极点配置在12+j，12-j 。 （1）给出原系统的状态曲线。 （2）给出观测器的状态曲线并加以对比。（观测器的初始状态可以任意选取）观察实验结果，思考以下问题： （1）说明反馈控制闭环期望极点和观测器极点的选取原则。 （2）说明观测器的引入对系统性能的影响。 （1）A=[0 1;-3 -4]; B=[0;1]; C=[2 0]; D=[]; G=ss(A,B,C,D); x=0:0.001:5; U=0*(x<0)+1*(x>0)+1*(x==0); X0=[0 1]'; T=0:0.001:5; lsim(G,U,T,X0);

利用matlab进行系统分析基础

实验一利用matlab进行系统分析基础1．描述线性系统的三种不同方式之间的转换

问题1 已知系统的传递函数为 将其转换为零极点型。 相应的matlab语句为： num=[2 10]; den=[1 8 19 12]; printsys(num,den,’s’) 回车 [z,p,k]=tf2zp(num,den) 回车 察看语句的执行结果，并说明最后一行程序执行结果的含义；问题2 已知传递函数同上，试将其转换为状态变量型。Matlab语句为： Num=[2 10]; den=[1 8 19 12]; [a,b,c,d]=tf2ss(num,den) 回车

对应的状态方程为 式中A，B，C，D对应于程序中的a，b，c，d。

问题3 已知系统的零极点型传递函数为，试将其转换为传递函数型。Matlab语句： z=-1;p=[-2 –3 –4 ]; k=5; (回车) [num, den]=zp2tf(-1, [-2 –3 –4 ],2) （回车） %观察显示结果 继续输入： printsys(num,den,’s’) (回车) 记录显示结果。 2．卷积计算 原理： 两个信号卷积公式：

对于两个不规则波形的卷积，依靠手算是很困难的，在Matlab种则变得十分简单。 例如已知两个信号 其中分别表示两个门函数。 求其卷积的matlab程序如下： t1=1:0.01:2; f1=ones(size(t1)).*(t1>1);（表示一个高度为1的门函数，时间从t=1到 t=2） t2=2:0.01:3; f2=ones(size(t2)).*(t2>2); （表示一个高度为1的门函数，时间从t=2到t=3） c=conv(f1,f2);（卷积） t3=3:0.01:5; subplot(3,1,1),plot(t1,f1); subplot(3,1,2),plot(t2,f2); subplot(3,1,3),plot(t3,c); 其结果如图所示 问题1 已知两个信号 试利用matlab计算卷积 (要求显示出波形图） 3．傅立叶变换

实验二 状态反馈与极点配置

实验二 状态反馈与极点配置 一、实验目的 a) 掌握状态反馈极点配置的设计方法。 b) 掌握运用模拟运算放大电路实现状态反馈。 c) 验证极点配置理论。 二、实验仪器 a) TDN —AC/ACS 型自动控制系统实验箱一台 b) 示波器 c) 万用表 三、实验原理和电路 为了更好地达到系统所要求的各种性能指针，需要通过设计系统控制器，改善原有系统的性能。由于系统的性能与其极点分布位置有密切关系，因而极点配置是系统设计的关键。极点配置就是利用状态反馈或输出反馈使闭环系统的极点位于所希望的极点位置。在系统综合设计中，状态反馈和输出反馈是两种常用的反馈形式，而在现代控制理论中系统的物理特性是采用系统内部状态变量来描述的，利用内部状态变量乘以系数（向量）与系统参考输入综合构成的反馈系统，具有更优的控制效果。 1、单输入单输出状态反馈的极点配置 受控系统如图2-1， 图2-1受控系统 其中状态变量1()1/G S S =，2()1/(0.051)G S S =+，状态变量1x 、2x ，对系统进行极点配置，达到系统期望的性能指针：输出超调量5%P M ≤；峰值时间 0.5p t s ≤；系统频宽10b ω≤；跟踪误差0p e =（对于阶跃输入）。 i. 确定受控系统的状态空间模型 211()()x u x G S =-，122()x x G S =，1y x =，系统的状态方程为： .11.2220200101x x u x x ??-?????? ??=+????????-????????? ?；[]1210x y x ??=???? ii. 确定期望的极点 P M = p t = ；b n ωω=可解得0.707ζ≥，选0.707ζ=；9n ω≥由10b ω≤选10n ω=。 这样期望极点为：* 17.077.07j λ=-+

用MATLAB实现线性系统的频域分析报告

实验二用MATLA实现线性系统的频域分析 [ 实验目的] 1 .掌握MATLAE平台下绘制典型环节及系统开环传递函数的Bode图和Nyquist图(极坐标图)绘制 方法； 2.掌握利用Bode图和Nyquist图对系统性能进行分析的理论和方法。 [ 实验指导] 一、绘制Bode图和Nyquist图 1.Bode图绘制 采用bode() 函数，调用格式： ①bode(sys) ; bode(num,den)； 系统自动地选择一个合适的频率围。 ②bode(sys , w)； 其中w(即3)是需要人工给出频率围，一般由语句w=logspace(a,b,n)给出。logspace(a,b,n):表示在10a到10b之间的n个点,得到对数等分的w值。 ③bode(sys,{wmin,wmax}); 其中{wmi n,wmax}是在命令中直接给定的频率w的区间。 以上这两种格式可直接画出规化的图形。 ④[mag,phase, 3 ]=bode(sys)或[m,p]=bode(sys) 这种格式只计算Bode图的幅值向量和相位向量，不画出图形。 m为频率特性G(j 3 )的幅值向量； p 为频率特性G(j 3 ) 的幅角向量，单位为角度(°)。 w为频率向量，单位为[弧度]/秒。在此基础上再画图，可用: subplot(211)；semilogx(w,20*log10(m) % 对数幅频曲线subplot(212)；semilogx(w,p) % 对数相频曲线 ⑤bode(sys1,sys2 ,…,sys N); ⑥bode((sys1,sys2 ,…,sys N, w); 这两种格式可在一个图形窗口同时绘多个系统的bode图。 2.Nyquist 曲线的绘制

全状态反馈系统极点配置的数字仿真(终)

实验一 全状态反馈系统极点配置的数字仿真 一、实验目的 1掌握全状态反馈系统的极点配置方法； 2研究不同极点配置对系统特性的影响。 二、实验原理 闭环系统性能与闭环极点（特征值）密切相关，在状态空间的分析和综合中，除了利用输出反馈以外，主要利用状态反馈来配置极点，它能提供更多的校正信息。 利用状态反馈任意配置闭环极点的充要条件是：受控系统可控。 设SIMO （Single Input-Multi Output ）受控系统的动态方程为 u A b x x += ，x y C = 状态向量x 通过状态反馈矩阵k ，负反馈至系统参考输入v ，于是有 u v kx =+ 这样便构成了状态反馈系统，其结构图如图1-1所示 图1-1 SIMO 状态反馈系统结构图 状态反馈系统动态方程为 x ()A bk x bv =++，x y C = （1-1） 闭环系统特征多项式为 ()()f I A bk λλ=-+ （1-2） 设闭环系统的期望极点为1λ，2λ，…，n λ，则系统的期望特征多项式为 )())(()(21*n f λλλλλλλ---= （1-3） 欲使闭环系统的极点取期望值，只需令式（1-2）和式（1-3）相等，即 )()(*λλf f = （1-4） 利用式（1-4）左右两边对应λ的同次项系数相等，可以求出状态反馈矩阵 []n k k k 21=k 例如SISO （Single Input-Single Output ）受控系统的开环传递函数为 3 1)(s s G = 若采用输出单位反馈构成闭环系统，则该系统显然是不稳定的，若按指定的极点配置，采用

全状态反馈构成闭环系统，则可以满足给定的性能要求。 原系统可控标准形形式的状态方程和输出方程为 u x x x u A ???? ? ?????+????????????????????=+=100000100010321b x x []???? ??????==321001x x x C y x 由于本系统是完全可控的，能够通过反馈向量k 的选择，使闭环系统的极点置于所希望的位置上，以满足系统的性能指标要求。 若根据系统的性能指标，希望配置的极点为31-=p ，2j 23,2±-=p ，则采用状态反馈后系统的特征多项式为 32321()det[I ()]f A bk k k k λλλλλ=-+=--- 希望的系统特征多项式为 *32()(3)(2j2)(2j2)72024f λλλλλλλ=++-++=+++ 比较上述两个多项式得系统状态反馈向量为 [][]123k 24207k k k ==--- 因此，加入状态反馈后，闭环系统的状态方程为 u x x x u A ???? ??????+????????????????????---=+=10072024100010321b x x 其结构图如图1-2所示 图1-2 状态反馈系统结构图 三、实验内容及步骤 实验通过MATLAB 软件实现。 1． 双击MATLAB 图标或单击开始菜单，依次指向“程序”、“MATLAB ”，单击MATLAB ，进入MATLAB 命令窗口。单击MATLAB 工具条上的Simulink 图标 ，运行后出现Simulink 模块库浏览器，并单击其工具条左边的图标，弹出新建模型窗口。

电力电子技术与电力系统分析matlab仿真

电气2013级卓班电力电子技术与电力系统分析 课程实训报告 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 指导教师：

兰州交通大学自动化与电气工程学院 2016 年 1 月日

电力电子技术与电力系统分析课程实训报告 1 电力电子技术实训报告 1.1 实训题目 1.1.1电力电子技术实训题目一 一．单相半波整流 参考电力电子技术指导书中实验三负载，建立MATLAB/Simulink环境下三相半波整流电路和三相半波有源逆变电路的仿真模型。仿真参数设置如下： (1)交流电压源的参数设置和以前实验相关的参数一样。 (2)晶闸管的参数设置如下： R=0.001Ω，L =0H，V f=0.8V，R s=500Ω，C s=250e-9F on (3)负载的参数设置 RLC串联环节中的R对应R d，L对应L d，其负载根据类型不同做不同的调整。 (4)完成以下任务： ①仿真绘出电阻性负载（RLC串联负载环节中的R d= Ω，电感L d=0，C=inf，反电动势为0）下α=30°，60°，90°，120°，150°时整流电压U d，负载电流L 和晶闸管两端电压U vt1的波形。 d ②仿真绘出阻感性负载下（负载R d=Ω，电感L d为，反电动势E=0）α=30°，60°，90°，120°，150°时整流电压U d，负载电流L d和晶闸管两端电压U vt1的波形。 ③仿真绘出阻感性反电动势负载下α=90°，120°，150°时整流电压U d，负载电流L d和晶闸管两端电压U vt1的波形，注意反电动势E的极性。 (5)结合仿真结果回答以下问题： ①该三项半波可控整流电路在β=60°，90°时输出的电压有何差异?

7状态空间设计法极点配置观测器解析

第7章线性定常离散时间状态空间设计法 7.1引言 7.2状态反馈配置极点 7.3状态估值和状态观测器 7.4利用状态估值构成状态反馈以配置极点 7.5扰动调节 7.6无差调节

7.1 引言 一个被控对象： (1)()()()() ():1,():1,:,:,:x k Fx k Gu k y k Cx k x k n u k m F n n G n m C r n +=+?? =?????? 7.1 当设计控制器对其控制时，需要考虑如下各因素： ● 扰动，比如负载扰动 ● 测量噪声 ● 给定输入的指令信号 ● 输出 如图7.1所示。 给d L (k )扰动 图7.1 控制系统示意图 根据工程背景的不同，控制问题可分为调节问题和跟踪问题，跟踪问题也称为伺服问题。 调节问题的设计目标是使输出迅速而平稳地运行于某一平衡状态。包括指令变化时的动态过程，和负载扰动下的动态过程。但是这二者往往是矛盾的，需要折衷考虑。 伺服问题的设计目标是对指令信号的快速动态跟踪。 本章研究基于离散时间状态空间模型的设计方法。 7.2研究通过状态变量的反馈对闭环系统的全部特征值任意配置——稳定性与快速线。 7.3考虑当被控对象模型的状态无法直接测量时，如何使用状态观测器对状态进行重构。 7.4讨论使用重构状态进行状态反馈时闭环系统的特征值。 7.5简单地讨论扰动调节问题。 7.6状态空间设计时的无差调节问题。

7.2 状态反馈配置极点 工程被控对象如式7.1，考虑状态反馈 ()()()u k v k Lx k =+ 7.2 如图7.2所示。式7.2带入式7.1，得 (1)()()()() ()()()x k Fx k Gu k y k Cx k u k v k Lx k +=+?? =??=+? 7.3 整理得 ()(1)()() ()()x k F GL x k Gv k y k Cx k +=++?? =? 7.4 (k ) v (k ) 图7.2 状态反馈任意配置闭环系统的极点 闭环系统的特征方程为 []det ()0zI F GL -+= 7.5 问题是在什么情况下式7.5的特征根是可以任意配置的？即任给工程上期望的n 个特征根λ1, λ2, ..., λn ，有 []1det ()()0n i i zI F GL z λ=-+=-=∏ 7.6 定理：状态反馈配置极点

利用MATLAB进行时域分析

自动控制原理与系统课程实验报告 实验题目：利用MATLAB进行时域分析 班级：机电1131班姓名：刘润学号：38号 一、实验目的及内容 时域分析法是一种直接在时间域中对系统进行分析的方法，具有直观、准确的优点，并且可以提供系统时间响应的全部信息。在此实验中，主要介绍时域法进行系统分析，包括一阶系统、二阶系统以及高阶系统,以及系统的性能指标。通过实验，能够快速掌握、并利用MATLAB及控制系统箱对各种复杂控制系统进行时域分析。 二、实验设备 三、实验原理 典型的二阶系统在不同的阻尼比的情况下，它们的阶跃响应输出特性的差异是很大的。若阻尼比过小，则系统的振荡加剧，超调量大幅度增加；若阻尼比过大，则系统的响应过慢，又大大增加了调整时间，下面通过此实验课题分析输出响应变化规律： 已知二阶振荡环节的传递函数为：G（s）=ωn*ωn/（s*s+2*ζ*ωn*s+ωn*ωn）， 其中ωn=0.4，ζ从0变化到2，求此系统的单位阶跃响应曲线，并分析当ζ发生变化时，二阶系统的响应有什么样的变化规律。

四、实验步骤编出程序如下图： 五、实验结果画出图表如下图：

六、结果分析 （1）当ξ=0（无阻尼）（零阻尼）时： 无阻尼时的阶跃响应为等幅振荡曲线。如图ξ=0曲线。 （2）当0<ξ<1（欠阻尼）时： 对应不同的ξ，可画出一系列阻尼振荡曲线，且ξ越小，振荡的最大振幅愈大。如图ξ=0.4曲线。 (3)当ξ=1（临界阻尼）时： 临界阻尼时的阶跃响应为单调上升曲线。如图ξ=1曲线。 （4）当ξ>1（过阻尼）时： 过阻尼时的阶跃响应也为单调上升曲线。不过其上升的斜率较临界阻尼更慢。如图ξ=1.6曲线 七、教师评语

用Matlab计算潮流计算电力系统分析

《电力系统潮流上机》课程设计报告 院系：电气工程学院 班级：电088班 学号： 0812002221 学生姓名：刘东昇 指导教师：张新松 设计周数：两周 日期：2010年 12 月 25 日

一、课程设计的目的与要求 目的：培养学生的电力系统潮流计算机编程能力，掌握计算机潮流计算的相关知识 要求：基本要求： 1.编写潮流计算程序； 2.在计算机上调试通过； 3.运行程序并计算出正确结果； 4.写出课程设计报告 二、设计步骤： 1.根据给定的参数或工程具体要求（如图），收集和查阅资料；学习相关软件（软件自选：本设计选择Matlab进行设计）。 2.在给定的电力网络上画出等值电路图。 3.运用计算机进行潮流计算。 4.编写设计说明书。 三、设计原理 1．牛顿-拉夫逊原理 牛顿迭代法是取x0 之后，在这个基础上，找到比x0 更接近的方程的跟，一步一步迭代，从而找到更接近方程根的近似跟。牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大优点是在方程f(x) = 0 的单根附近具有平方收敛，而且该法还可以用来求方程的重根、复根。电力系统潮流计算，一般来说，各个母线所供负荷的功率是已知的，各个节点电压是未知的（平衡节点外）可以根据网络结构形成节点导纳矩阵，然后由节点导纳矩阵列写功率方程，由于功率方程里功率是已知的，电压的幅值和相角是未知的，这样潮流计算的问题就转化为求解非线性方程组的问题了。为了便于用迭代法解方程组，需要将上述功率方程改写成功率平衡方程，并对功率平衡方程求偏导，得出对应的雅可比矩阵，给未知节点赋电压初值，一般为

额定电压，将初值带入功率平衡方程，得到功率不平衡量，这样由功率不平衡量、雅可比矩阵、节点电压不平衡量（未知的）构成了误差方程，解误差方程，得到节点电压不平衡量，节点电压加上节点电压不平衡量构成新的节点电压初值，将新的初值带入原来的功率平衡方程，并重新形成雅可比矩阵，然后计算新的电压不平衡量，这样不断迭代，不断修正，一般迭代三到五次就能收敛。 牛顿—拉夫逊迭代法的一般步骤： （1）形成各节点导纳矩阵Y。 （2）设个节点电压的初始值U和相角初始值e 还有迭代次数初值为0。 （3）计算各个节点的功率不平衡量。 （4）根据收敛条件判断是否满足，若不满足则向下进行。 （5）计算雅可比矩阵中的各元素。 （6）修正方程式个节点电压 （7）利用新值自第（3）步开始进入下一次迭代，直至达到精度退出循环。 （8）计算平衡节点输出功率和各线路功率 2．网络节点的优化 １）静态地按最少出线支路数编号 这种方法由称为静态优化法。在编号以前。首先统计电力网络个节点的出线支路数，然后，按出线支路数有少到多的节点顺序编号。当由n 个节点的出线支路相同时，则可以按任意次序对这n 个节点进行编号。这种编号方法的根据是导纳矩阵中，出线支路数最少的节点所对应的行中非零元素也２）动态地按增加出线支路数最少编号在上述的方法中，各节点的出线支路数是按原始网络统计出来的，在编号过程中认为固定不变的，事实上，在节点消去过程中，每消去一个节点以后，与该节点相连的各节点的出线支路数将发生变化(增加，减少或保持不变)。因此，如果每消去一个节点后，立即修正尚未编号节点的出线支路数，然后选其中支路数最少的一个节点进行编号，就可以预期得到更好的效果，动态按最少出线支路数编号方法的特点就是按出线最少原则编号时考虑了消去过程中各节点出线支路数目的变动情况。 3．MATLAB编程应用 Matlab 是“Matrix Laboratory”的缩写，主要包括：一般数值分析，矩阵运算、数字信号处理、建模、系统控制、优化和图形显示等应用程序。由于使用Matlab 编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致，所以不像学习高级语言那样难于掌握，而且编程效率和计算效率极高，还可在计算机上直接输出结果和精美的图形拷贝，所以它的确为一高效的科研助手。 四、设计内容

matlab实验四 系统的零极点分析

实验四连续时间系统复频域分析和离散时间系统z域分析 一.实验目的： 1.掌握连续信号拉氏变换和拉氏反变换的基本实现方法。 2.熟悉laplace函数求拉普拉斯变换，ilaplace函数求拉氏反变换 的使用。 3.掌握用ztrans函数，iztrans函数求离散时间信号z变换和逆z 变换的基本实现方法。 4.掌握用freqs函数，freqz函数由连续时间系统和离散时间系统 系统函数求频率响应。 5.掌握zplane零极点绘图函数的使用并了解使用零极点图判断系 统稳定性的原理。 二、实验原理： 1.拉氏变换和逆变换 原函数()() ?象函数 f t F s 记作：[()]() =→拉氏变换 L f t F s 1[()]() -=→拉氏反变换 L F s f t 涉及函数：laplace,ilapace. 例如：

syms t;laplace(cos(2*t)) 结果为：ans =s/(s^2+4) syms s;ilaplace(1./(s+1)) 结果为：ans = exp(-t) 2. 系统传递函数H(s)或H(z)。 12121212...()()()...m m m n n n b s b s b B s H s A s a s a s a ----+++==+++ 112112...()()()...m m m n n n b z b z b B z H z A z a z a z a --+--++++==+++ 其中，B 为分子多项式系数，A 为分母多项式系数。 涉及函数：freqz,freqs. 3. 系统零极点分布与稳定性的判定。 对于连续时间系统，系统极点位于s 域左半平面，系统稳定。 对于离散时间系统，系统极点位于z 域单位圆内部，系统稳定。 涉及函数：zplane. 三、 实验内容 1． 验证性实验 a) 系统零极点的求解和作图

基于Matlab计算程序的电力系统运行分析课程设计

课程设计 课程名称：电力系统分析 设计题目：基于Matlab计算程序地电力系统运行分析学院：电力工程学院 专业：电气工程自动化 年级： 学生姓名： 指导教师： 日期： 教务处制

目录 前言 (1) 第一章参数计算 (2) 一、目标电网接线图 (2) 二、电网模型地建立 (3) 第二章潮流计算 (6) 一．系统参数地设置 (6) 二．程序地调试 (7) 三、对运行结果地分析 (13) 第三章短路故障地分析计算 (15) 一、三相短路 (15) 二、不对称短路 (16) 三、由上面表对运行结果地分析及在短路中地一些问题 (21) 心得体会 (26) 参考文献 (27)

前言 电力系统潮流计算是电力系统分析中地一种最基本地计算，是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行状态地计算.潮流计算地目标是求取电力系统在给定运行状态地计算.即节点电压和功率分布，用以检查系统各元件是否过负荷.各点电压是否满足要求，功率地分布和分配是否合理以及功率损耗等.对现有电力系统地运行和扩建，对新地电力系统进行规划设计以及对电力系统进行静态和暂态稳定分析都是以潮流计算为基础.潮流计算结果可用如电力系统稳态研究，安全估计或最优潮流等对潮流计算地模型和方法有直接影响. 在电力系统中可能发生地各种故障中，危害最大且发生概率较高地首推短路故障.产生短路故障地主要原因是电力设备绝缘损坏.短路故障分为三相短路、两相短路、单相接地短路及两相接地短路.其中三相短路时三相电流仍然对称，其余三类短路统成为不对称短路.短路故障大多数发生在架空输电线路.电力系统设计与运行时，要采取适当地措施降低短路故障地发生概率.短路计算可以为设备地选择提供原始数据.

利用matlab分析系统动态性能

利用matlab分析系统动态性能

控制系统的时域分析 一.系统阶跃响应的性能指标 表 1 系统性能指标 利用 matlab 程序求出各系统阶跃响应的性能指标及图像，如求原系统 1 的方程： num=1.05; den=conv([0.125,1],conv([0.5,1],[1,1,1])); G=tf(num,den); C=dcgain(G); [y,t]=step(G); plot(t,y) grid [Y,K]=max(y); tp=t(K) mp=100*(Y-C)/C n=1; while y(n)0.98*C)&&(y(i)<1.02*C) i=i-1; end ts=t(i)

图 1 系统 1 阶跃响应曲线图二．根据系统性能指标及图像分析系统 1.利用 Matlab 得各系统节约系统曲线，如图 2：num1=1.05; den1=conv([0.125,1],conv([0.5,1],[1,1,1])); G1=tf(num1,den1); [y1,t1]=step(G1); num2=1.05*[0.4762,1]; den2=conv([0.125,1],conv([0.5,1],[1,1,1])); G2=tf(num2,den2); [y2,t2]=step(G2); num3=1.05*[1,1]; den3=conv([0.125,1],conv([0.5,1],[1,1,1])); G3=tf(num3,den3); [y3,t3]=step(G3); num4=1.05*[0.4762,1]; den4=conv([0.25,1],conv([0.5,1],[1,1,1])); G4=tf(num4,den4); [y4,t4]=step(G4); num5=1.05*[0.4762,1]; den5=conv([0.5,1],[1,1,1]); G5=tf(num5,den5); [y5,t5]=step(G5); num6=1.05; den6=[1,1,1]; G6=tf(num6,den6);

基于极点配置的控制器设计与仿真

计算机控制理论与设计作业 题目：基于极点配置方法的直流调速系统的控制器设计

摘要 本文目的是用极点配置方法对连续的被控对象设计控制器。基本思路是对连续系统进行数学建模，将连续模型进行离散化，针对离散的被控对象，用极点配置的方法分别在用状态方程和传递函数两种描述方法下设计前馈和反馈控制器，并用MATLAB仿真。文中具体以直流调速系统作为研究对象，对直流调速系统的组成和结构进行了分析，把各个部分进行数学建模，求出其传递函数，组成系统结构框图，利用自控原理的知识对结构图化简，求出被控对象的传递函数和状态方程，进一步得将其离散化。第一种是通过极点配置设计方法的原理，用状态方程设计被控对象的控制律，因为直流调速系统存在噪声，实际状态不可测，故选择了全阶的观测器，又因为采样时间小于计算延时，所以选择了预报观测器。利用所学知识对此闭环系统设计前馈和反馈控制器[1]。第二种利用传统的离散传递函数，从代数多项式的角度进行复合控制器的设计，在保证系统稳定的情况下，分析系统的可实现性，稳定性，静态指标，动态指标，抗干扰等方面性能研究前馈反馈相结合控制器设计。重点是保证被控对象的不稳定的零极点不能被抵消。最后利用MATLAB的Simulink进行仿真，观察系统的输出的y和u和收敛性，并加入扰动看其抗干扰性能，得出结论。 经研究分析，对于直流调速系统，基于极点配置设计的前馈反馈相结合的控制器，具有良好的稳定性能和抗干扰性能。运行结果符合实际情况。 关键词：极点配置；状态方程；直流调速系统；代数多项式；Matlab；

1绪论 1.1论文的背景及意义 在工业生产和日常生活中，自动控制系统分为确定性系统和不确定性系统两类，确定性系统是指系统的结构和参数是确定的，确定的输入下，输出也确定的一类系统。确定性系统相对于不确定性系统而言的。在确定的系统中所用的变量都可用确切的函数关系来描述，系统的运动特性可以完全确定。以确定性系统为研究对象的控制理论称为确定性控制理论。本文以直流调速系统为研究对象，利用极点配置的设计方法，包括利用状态空间模型和传递函数模型分别描述线性系统，采用闭环极点为指标的控制器设计的理论和方法，设计出前馈和反馈控制器，组建闭环控制系统，用Matlab进行仿真可以逼真地还原出实际系统。 1.2 论文的主要内容 本文直流电机的调速系统的模型作为研究对象，利用线性系统极点配置的设计方法，设计前馈反馈控制器。论文研究的主要内容: (1)阅读学习国内外期刊文献，研究了极点配置的基本原理和Matlab的实现方法。 (2)系统的说明直流电机的系统结构和工作原理并分析，建立直流调速系统的数学模型，将其进行离散化，并讨论其传递函数与状态方程之间的关系。 (3)分析极点配置控制器的设计原理，利用状态方程设计控制器。 （4）将被控对象的传递函数离散化，利用传递函数模型设计控制器。 (4)在MATLAB中建立闭环直流调速系统的模型，根据闭环极点配置的设计步骤编写程序，用Simulink搭建仿真系统，对闭环直流调速系统的输出进行仿真分析。 (5)对仿真结果分析。将仿真结果与实际直流调速系统的阶跃响应的各项参数相比较，得出结论。

基于输出反馈的区域极点配置

第22卷第2期南　京　理　工　大　学　学　报Vol.22No.21998年4月　Journal of Nanjing University of Science and Technology Apr.1998 基于输出反馈的区域极点配置 X 王子栋X X 郭　治 (南京理工大学信息学院,南京210094)摘要　该文研究输出反馈情形下线性定常连续及离散系统区域极点配置的统一代数刻划问题,即利用完全参数化方法,设计输出反馈控制器,使闭环极点配置于指定圆形区域内。文中导出了期望输出反馈控制器存在的充要条件,并进一步给出了这类控制器的全部参数化刻划。最后,得到了若干有益的推论,包括线性离散及连续系统稳定化控制器的统一代数表示等。 关键词　线性系统,输出反馈,极点配置,参数法,代数刻划 分类号　TP 202.1,T P 214.1 众所周知,线性定常系统的稳态及动态特性直接受其极点所在位置的影响,因而极点配置问题一直是控制理论研究中基本而重要的课题之一,其在工程实践中也具有明显的应用背景,如飞行控制系统的设计以及柔性结构的振动控制等[1]。迄今为止,精确极点的配置问题已得到了很好的研究。在过去的十年中,区域极点的配置问题也开始受到充分的注意,涌现出一批成果[2][3]。 目前,区域极点配置的相关文献中的大部分均是针对某性能指标给出具体的设计方法,且均集中于状态反馈情形,缺乏一定的通用性。本文对连续及离散线性定常系统使用统一的代数方法,给出了配置闭环极点至给定圆形区域的输出反馈控制器的全部参数化刻划,为区域极点配置问题提供了一条具有理论意义及应用价值的新途径。 1　问题的描述 考虑线性定常连续系统x a (t )=A x (t )+B u (t ),y (t )=Cx (t )及线性定常离散系统x (k +1)=A x (k )+Bu (k ),y (k )=Cx (k ),其中x ∈R n 为状态,u ∈R m 为控制输入,y ∈R p 为测量输出,A 、B 、C 为适维已知常数阵。(A ,B )及(A ,C )分别为可控和可观的。 考虑圆形区域D (A ,r ),其中在连续时间情形D (A ,r )表示圆心在A +j 0(A <0)处、半径为r (r <-A )的圆,在离散时间情形D (A ,r )表示单位圆内圆心位于A +j 0、半径为r 的圆。这里均考虑复平面。 X X XX 王子栋　男　32岁　副教授 国家自然科学基金及高校博士学科点专项科研基金资助项目 本文于1997年1月14日收到

(完整版)电力系统分析大作业matlab三机九节点潮流计算报告

电力系统分析大作业

一、设计题目 本次设计题目选自课本第五章例5-8,美国西部联合电网WSCC系统的简化三机九节点系统，例题中已经给出了潮流结果，计算结果可以与之对照。取ε=0.00001 。

二、计算步骤 第一步，为了方便编程，修改节点的序号，将平衡节点放在最后。如下图： 第二步，这样得出的系统参数如下表所示： 第三步，形成节点导纳矩阵。 9 2 1 3 2 7 4 5 6 8 3

第四步，设定初值： ο 01)0(6)0(5)0(4)0(3)0(2)0(1∠======??????U U U U U U ； 0)0(8)0(7==Q Q ，0)0(8)0(7==θθ。 第五步，计算失配功率 )0(1P ?=0，)0(2P ?=-1.25，)0(3P ?=-0.9，) 0(4P ?=0，)0(5P ?=-1，)0(6P ?=0，)0(7P ?=1.63， )0(8P ?=0.85； )0(1Q ?=0.8614，)0(2Q ?=-0.2590，)0(3Q ?=-0.0420，) 0(4Q ?=0.6275，)0(5Q ?=-0.1710， )0(6Q ?=0.7101。 显然，5108614.0|},max {|-=>=??εi i Q P 。 第六步，形成雅克比矩阵（阶数为14×14） 第七步，解修正方程，得到： =?)0(1θ-0.0371，=?)0(2θ-0.0668，=?)0(3θ-0.0628，=?)0(4θ0.0732，=?)0(5θ0.0191，=?)0(6θ0.0422，=?)0(7θ0.1726，=?)0(8θ0.0908； =?)0(1U 0.0334，=?)0(2U 0.0084，=?)0(3U 0.0223，=?)0(4U 0.0372，=?)0(5U 0.0266，

用Matlab计算潮流计算电力系统分析

《电力系统潮流上机》课程设计报告院系：电气工程学院 班级：电088班 学号： 学生姓名：刘东昇 指导教师：张新松 设计周数：两周 日期：2010年 12 月 25 日

一、课程设计的目的与要求 目的：培养学生的电力系统潮流计算机编程能力，掌握计算机潮流计算的相关知识 要求：基本要求： 1.编写潮流计算程序； 2.在计算机上调试通过； 3.运行程序并计算出正确结果； 4.写出课程设计报告 二、设计步骤： 1.根据给定的参数或工程具体要求（如图），收集和查阅资料；学习相关软件（软件自选：本设计选择Matlab进行设计）。 2.在给定的电力网络上画出等值电路图。 3.运用计算机进行潮流计算。 4.编写设计说明书。 三、设计原理 1．牛顿-拉夫逊原理 牛顿迭代法是取x0 之后，在这个基础上，找到比x0 更接近的方程的跟，一步一步迭代，从而找到更接近方程根的近似跟。牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大优点是在方程f(x) = 0 的单根附近具有平方收敛，而且该法还可以用来求方程的重根、复根。电力系统潮流计算，一般来说，各个母线所供负荷的功率是已知的，各个节点电压是未知的（平衡节点外）可以根据网络结构形成节点导纳矩阵，然后由节点导纳矩阵列写功率方程，由于功率方程里功率是已知的，电压的幅值和相角是未知的，这样潮流计算的问题就转化为求解非线性方程组的问题了。为了便于用迭代法

解方程组，需要将上述功率方程改写成功率平衡方程，并对功率平衡方程求偏导，得出对应的雅可比矩阵，给未知节点赋电压初值，一般为额定电压，将初值带入功率平衡方程，得到功率不平衡量，这样由功率不平衡量、雅可比矩阵、节点电压不平衡量（未知的）构成了误差方程，解误差方程，得到节点电压不平衡量，节点电压加上节点电压不平衡量构成新的节点电压初值，将新的初值带入原来的功率平衡方程，并重新形成雅可比矩阵，然后计算新的电压不平衡量，这样不断迭代，不断修正，一般迭代三到五次就能收敛。 牛顿—拉夫逊迭代法的一般步骤： （1）形成各节点导纳矩阵Y。 （2）设个节点电压的初始值U和相角初始值e 还有迭代次数初值为0。 （3）计算各个节点的功率不平衡量。 （4）根据收敛条件判断是否满足，若不满足则向下进行。 （5）计算雅可比矩阵中的各元素。 （6）修正方程式个节点电压 （7）利用新值自第（3）步开始进入下一次迭代，直至达到精度退出循环。 （8）计算平衡节点输出功率和各线路功率 2．网络节点的优化 １）静态地按最少出线支路数编号 这种方法由称为静态优化法。在编号以前。首先统计电力网络个节点的出线支路数，然后，按出线支路数有少到多的节点顺序编号。当由n 个节点的出线支路相同时，则可以按任意次序对这n 个节点进行编号。这种编号方法的根据是导纳矩阵中，出线支路数最少的节点所对应的行中非零元素也

系统稳定性分析 、利用MATLAB 实现极点配置、设计状态观测器

实验报告 实验名称系统稳定性分析、利用MATLAB实现极点配置、设计状态观测器系专业班 姓名学号授课老师 预定时间实验时间实验台号 一、目的要求 掌握系统稳定性的概念。学会使用MATLAB确定线性定常系统和非线性定常系统的稳定性。 掌握状态反馈和输出反馈的概念及性质。 掌握利用状态反馈进行极点配置的方法。学会用MATLAB求解状态反馈矩阵。 掌握状态观测器的设计方法。学会用MATLAB设计状态观测器。 熟悉分离定理，学会设计带有状态观测器的状态反馈系统。 二、原理简述 函数eig()的调用格式为V=eig(A)返回方阵A的特征值。 函数roots()的调用格式为roots(den)，其中den为多项式的系数行向量。计算多项式方程的解。 函数pole()的调用格式为pole(G)，其中G为系统的LTI对象。计算系统传递函数的极点。 函数zpkdata()的调用格式为[z,p,k]=zpkdata(G,’v’)，其中G为系统LTI对象。返回系统的零点、极点和增益。 函数pzmap()的调用格式为pzmap(G)，其中G为LTI对象。绘制系统的零点和极点。 对于线性定常连续系统x Ax，若A是非奇异矩阵，则原点是其唯一的平衡状态。统在原点处大范围渐近稳定的充分条件是：存在李氏函数v(x)x T px，且v(x)正定，v(x)负定。 如果SISO线性定常系统完全能控，则可通过适当的状态反馈,将闭环系统极点配置到 任意期望的位置。 MATLAB提供的函数acker()是用Ackermann公式求解状态反馈阵K。 MATLAB提供的函数place()也可求出状态反馈阵K。 如果线性定常系统完全能观测，则可构造全维（基本）观测器。全维（基本） 状态观测器的状态方程为观测器的反馈矩阵L为 其中为系统的能观测矩阵。 其中为期望的状态观测器的极点。观测器设计是极点配置的对偶问题，故可利用函数acker()和place()进行求解。

利用MATLAB软件分析系统的频率响应

备注：（1）、按照要求独立完成实验项目内容，报告中要有程序代码和程序运行结果和波形图等原始截图。 （2）、实验结束后，把电子版实验报告按要求格式改名（例：09号-张三-实验一）后，上传至指定ftp服务器目录下（homework_upload）的相应文件里，并由实验教师批阅记录后； 实验室统一刻盘留档。 ftp:59.74.50.66 账号：microele 密码：ele1507 实验七利用MATLAB软件分析系统的频率响应 一、实验目的： 1、利用MATLAB求解系统的频率响应。 二、实验原理 MATLAB提供了函数freqs来计算系统的频率响应。 三、实验内容：（包括代码与产生的图形） 6-16 w=linspace(0,5,200); b=[1]; a=[1 2 2 1]; H=freqs(b,a,w); subplot(2,1,1); plot(w,abs(H)); set(gca,'xtick',[0 1 2 3 4 5]); set(gca,'ytick',[0 0.4 0.7071]);grid; xlabel('\omega') subplot(2,1,2); plot(w,angle(H)); set(gca,'xtick',[0 1 2 3 4 5]);grid; xlabel('\omega');

012345 00.4 0.7071 ω 012345 -4-2 24 ω 6-17 RC=0.04; t=linspace(-2,2,1024); w1=5;w2=100; H1=j*w1/(j*w1+1/RC); H2=j*w2/(j*w2+1/RC); f=cos(5*t)+cos(100*t); y=abs(H1)*cos(w1*t+angle(H1))+abs(H2)*cos(w2*t+angle(H2)); subplot(2,1,1); plot(t,f); subplot(2,1,2); plot(t,y);

控制系统的极点配置设计法

控制系统的极点配置设计法 一、极点配置原理 1.性能指标要求 2.极点选择区域 主导极点： 2 11 1 cos tan ξ βξ ξ -- - == 图3.22 系统在S平面上满足 时域性能指标的范围 n s t ζω 4 = ；当Δ=0.02时，。 n s t ζω 3 = 当Δ=0.05时,

3.其它极点配置原则 系统传递函数极点在s 平面上的分布如图（a ）所示。极点s 3距虚轴距离不小于共轭复数极点s 1、s 2距虚轴距离的5倍，即n s s ξω5Re 5Re 13=≥（此处ξ，n ω对应于极点s 1、s 2） ；同时，极点s 1、s 2的附近不存在系统的零点。由以上条件可算出与极点s 3所对应的过渡过程分量的调整时间为 135 1 451s n s t t =?≤ ξω 式中1s t 是极点s 1、s 2所对应过渡过程的调整时间。 图（b ）表示图（a ）所示的单位阶跃响应函数的分量。由图可知，由共轭复数极点s 1、s 2确定的分量在该系统的单位阶跃响应函数中起主导作用，即主导极点。因为它衰减得最慢。其它远离虚轴的极点s 3、s 4、s 5 所对应的单位阶跃响应衰减较快，它们仅在极短时间内产生一定的影响。因此，对系统过渡过程进行近似分析时。可以忽略这些分量对系统过渡过程的影响。 n x o (t) （a ） （b ） 系统极点的位置与阶跃响应的关系

二、极点配置实例 磁悬浮轴承控制系统设计 1.1磁悬浮轴承系统工作原理 图1是一个主动控制的磁悬浮轴承系统原理图。主要由被悬浮转子、传感器、控制器和执行器(包括电磁铁和功率放大器)四大部分组成。设电磁铁绕组上的电流为I0，它对转子产生的吸力F和转子的重力mg相平衡，转子处于悬浮的平衡位置，这个位置称为参考位置。 （a）（b） 图1 磁悬浮轴承系统的工作原理 Fig.1 The magnetic suspension bearing system principle drawing 假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，转子就会偏离其参考位置向下运动，此时传感器检测出转子偏离其参考位置的位移，控制器将这一位移信号变换成控制信号，功率放大器又将该控制信号变换成控制电流I0+i，控制电流由I0增加到I0+i，因此，电磁铁的吸力变大了，从而驱动转子返回到原来的平衡位置。反之，当转子受到一个向上的扰动并向上运动，此时控制器使得功率放大器的输出电流由I0，减小到I0-i，电磁铁的吸力变小了，转子也能返回到原来的平衡位置。因此，不论转子受到向上或向下的扰动，都能回到平衡状态。这就是主动磁轴承系统的工作原理。即传感器检测出转子偏移参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测到的位移信号变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力从而使转子维持其悬浮位置不变。悬浮系统的刚