题目 什么是状态变量法 简述控制程序设计步骤
简要评价状态空间法的特点～，什么是控制变量法,转换法,观察法,归纳法？监控主程序的设计直接分析法和状态变量法分别适用于什么情况？状态变量的状态变量分析法，什么是状态方程建立状态方程的方法？什么是控制变量法？关于物理的（求大神解？
本文导航
状态空间分析与传递函数分析区别
状态空间法
状态空间法是一种基于解答空间的问题表示和求解方法，它是以状态和操作符为基础的。在利用状态空间图表示时，从某个初始状态开始，每次加一个操作符，递增地建立起操作符的试验序列，直到达到目标状态为止。由于状态空间法需要扩展过多的节点，容易出现“组合爆炸”，因而只适用于表示比较简单的问题。
状态空间法
state-space techniques
现代控制理论中建立在状态变量描述基础上的对控制系统分析和综合的方法。状态变量是能完全描述系统运动的一组变量。如果系统的外输入为已知，那么由这组变量的现时值就能完全确定系统在未来各时刻的运动状态。通过状态变量描述能建立系统内部状态变量与外部输入变量和输出变量之间的关系。反映状态变量与输入变量间因果关系的数学描述称为状态方程，而输出变量与状态变量和输入变量间的变换关系则由量测方程来描述。状态与状态变量描述的概念早就存在于经典动力学和其他一些领域，但将它系统地应用于控制系统的研究，则是从1960年R.E.卡尔曼发表《控制系统的一般理论》的论文开始的。状态空间法的引入促成了现代控制理论的建立。
状态空间法的主要数学基础是线性代数。在状态空间法中，广泛用向量来表示系统的各种变量组，其中包括状态向量、输入向量和输出向量。变量的个数规定为相应向量的维数。用x表示系统的状态向量,用u和y分别表示系统的输入向量和输出向量，则系统的状态方程和量测方程可表示为如下的一般形式：
夶＝f(x，u，t)， y＝g(x，u，t)
式中,f(x，u，t)和g(x，u，t)为自变量x、u、t的非线性向量函数,t为时间变量。对于线性定常系统状态方程和量测方程具有较为简单的形式：
夶＝Ax＋Bu， y＝Cx＋Du
式中A为系统矩阵，B为输入矩阵，C为输出矩阵,D为直接传递矩阵，它们是由系统的结构和参数所定出的常数矩阵。在状态空间法中，控制系统的分析问题常归结为求解系统的状态方程和研究状态方程解的性质。这种分析是在状态空间中进行的。所谓状态空间就是以状态变量为坐标轴所构成的一个多维空间。状态向量随时间的变化在状态空间中形成一条轨迹。对于线性定常系统，状态轨迹主要由系统的特征值决定。系统的特征值规定为系统矩阵A的特征方程det(sI-A)=0的根，其特征可由它在s复数平面上的分布来表征。当运用状态空间法来综合控制系统时，问题就变为选择一个合适的输入向量，使得状态轨迹满足指定的性能要求。
状态空间法有很多优点。由于采用矩阵表示，当状态变量、输入变量或输出变量的数目增加时，并不增加系统描述的复杂性。状态空间法是时间域方法，所以很适合于用数字电子计算机来计算。状态空间法能揭示系统内部变量和外部变量间的关系，因而有可能找出过去未被认识的系统的许多重要特性，其中能控性和能观测性尤其具有特别重要的意义。研究表明，从系统的结构角度来看，状态变量描述比经典控制理论中广为应用的输入输出描述（如传递函数）更为全面。
状态空间法的运用对现代控制理论中其他各种方法的发展起了重要的推动作用。线性系统代数理论、线性系统几何理论和多变量频域方法，都是在状态空间法的影响下发展起来的。
转换法和控制变量法
控制变量法：当研究多个因素之间的关系时，往往先控制住其它几个因素不变，集中研究其中一个因素变化所产生的影响，这种方法叫控制变量法。
所谓“转换法”是指通过转换研究对象、空间角度、物理规律、物理模型、思维角度、物理过程、物理状态、时间角度等达到化繁为简，化难为易，间接获取问题解决的一种解题方法
观察法是指研究者根据一定的研究目的、研究提纲或观察表，用自己的感官和辅助工具去直接观察被研究对象，从而获得资料的一种方法。
归纳法或归纳推理，有时叫做归纳逻辑，是论证的前提支持结论但不确保结论的推理过程。它把特性或关系归结到基于对特殊的代表(token)的有限观察的类型；或公式表达基于对反复再现的现象的模式(pattern)的有限观察的规律。
简述控制程序设计步骤
因素分析法（Factor Analysis Approach），又称指数因素分析法，是利用统计指数体系分析现象总变动中各个因素影响程度的一种统计分析方法，包括连环替代法、差额分析法、指标分解法、定基替代法。 因素分析法是现代统计学中一种重要而实用的方法...
定序数据和单变量分析
描述系统的方法通常有输入输出法和状态变量分析法，也称状态空间法。通常对系统时域或频域的分析均是运用输入输出法，即主要关心的是系统的输入输出之间的关系，而不考虑系统内部的有关问题。对于简单的一般单输入单输出系统，使用输入输出法很方便，但对于多输入多输出系统，尤其是对于现代工程中碰到的越来越多的非线性系统或时变系统的研究，若采用输入－输出描述法则几乎不可能。 随着系统理论和计算机技术的迅速发展，自20世纪60年代开始，作为现代控制理论基础的状态变量法在系统分析中得到广泛应用。此方法的主要特点是利用描述系统内部特性的状态变量取代仅描述系统外部特性的系统函数，并且将这种描述十分便捷的应用于多输入——多输出系统。此外，状态空间方法也成功地用来描述非线性系统或时变系统，并且易于借助计算机求解。 状态：一个动态系统的状态是表示系统的一组最少物理量，通过这些物理量和输入就能完全确定系统的行为。状态变量：能够表示系统状态的那些变量称为状态变量。状态矢量：能完全描述一个系统行为的个状态变量，可以看作矢量的各个分量。状态方程：描述状态变量变化规律的一组一阶微分方程组。各方程的左边是状态变量的一阶导数，右边是包含有系统参数，状态变量和激励的一般函数表达式，不含变量的微分和积分运算。输出方程：描述系统输出与状态变量之间的关系的方程组。各方程左边是输出变量，右边是包括系统参数，状态变量和激励的一般函数表达式，不含变量的微分和积分运算。对于离散时间系统，其状态变量和状态方程的描述类似，只是状态变量都是离散量，因而状态方程是一组一阶差分方程，而输出方程则是一组离散变量的线性代数方程。 第一步：选定状态变量，列写状态方程和输出方程；第二步：利用系统的初始状态和输入激励，求解状态方程和输出方程的解。
为什么要研究状态方程的解
为了满足复杂系统的需要，从上世纪60年代发展起来一种新的理论，即现代控制理论。近年来，现代控制理论及计算机应用的发展，给系统动态特性的研究开辟了新的途径。这就是现已广泛使用的计算机数字仿真，用这种方式进行辅助设计和分析是非常有效的。仿真所依据的数学模型就是现代控制理论所叙述的状态方程，用状态方程研究系统动态特性的方法，称为状态变量法，也称为状态空间法。
输人变量：U=[Th u]
系统的状态方程：X=AX+BU
系统的输出方程：Y=CX+DU
物理控制变量法的实验步骤是什么
类比法：把两个形式上相同的东西（通常是数学公式形式相同）类比,由已知直接得到未知.
如电学中库仑力公式和力学中万有引力公式都是关于r的平方反比,所以关于二者的做功、能量公式就可以互相类比得到,不必具体计算（计算需要积分）.
比较法：两个相近或两反的东西都可以比较,这时比较法和类比法基本一样.有时比较则是为了看出两个物理过程之间的异同来,例如功和能的异同,一个是过程量,一个是状态量.
等效法：本来一个物理过程比较难以表达计算,但知道它产生的效果和另一个比较容易的物理过程一样,就可以把前者替换成后者.
例如：可以证明一条无限长的带电直线对直线外一点电荷的作用力（设距离为r）与以r为半径的带电半圆周对圆心处点电荷作用力大小相等.这两个物理模型可以替换.
模型法：把比较复杂的实际问题简化成物理模型.
例如：天体运动中,天体本来是很多不规则球形,都可以简化成一个质点计算.
控制变量法：对多变量的问题,情况往往比较复杂,此时可以把其他变量固定,只讨论其中一个变量的变化对问题的影响.
