This is an HTML version of an attachment to the Official Information request 'Request for All EEEN415 Test Papers from 2022 to 2025'.

 
 
 
 
 
 
4 June 2026 
OIA 067 
 
 
Kitmmy 
[FYI request #34767 email] 
 
 
 
Tēnā koe Kitmmy 
 
Thank you for your request for information under the Official Information Act 1982 (OIA) 
dated 22 May 2026 in which you requested: 
“Please provide all test papers for the course EEEN415 for the years 2022 to 2025.” 
Response to request 
Please find the following tests and exams for EEEN415 attached to this response: 
• 
2022 – Test 1; 
• 
2023 – Test 1; 
• 
2023 – Exam; 
• 
2024 – Test 1; 
• 
2024 – Exam; 
• 
2025 – Test 1; and 
• 
2025 – Exam. 
 
Please refer to Annex A for 2022 – Test 2. 
 
If you have any questions about this decision, you can contact us by email at: 
[VUW request email]. You have the right to seek an investigation and review by the 
Ombudsman of this decision by contacting www.ombudsman.parliament.nz or freephone 
0800 802 602. 
 
Nāku noa, nā 
 
 
Kayana Shaw 
Senior Advisor, Official Information and Privacy 
Legal Services 
Te Herenga Waka—Victoria University of Wellington 
Page 1 of 2 

Annex A – 2022 Test 2 
 
You are given the task of placing actuators to control a new clothes modelling robot. The 
robot must be able to move smoothly between several set poses and remain in those poses 
indefinitely. Discuss the issues you would consider in choosing the actuator locations. 
 
You have formed a discrete-time state space model for a new rocket motor using a 
combination of theory and experimentation. You now need to design an observer for the 
rocket, including sensor placement and observer pole placement. Discuss how you would 
approach this problem. 
 
Both the minimum energy state transfer equation and one particular configuration of LQR 
are able to generate an optimal control signal u^\star(t) that will bring a system from one 
state to another. In contrast to these open loop control strategies, we often prefer to use 
closed loop strategies, where we measure the current state to produce a control signal in real 
time. Discuss the advantages and disadvantages of each broad type of control strategy. 
 
The response of a discrete time system is found to be too sluggish, meaning that it takes too 
long for the system to return to its desired operating point after it has been disturbed. 
Discuss at least two factors that might limit how quickly the system responds and what might 
be done to address each issue? 
 
The separation principle allows us to design regulators and observers separately using pole 
placement. The separation principle also holds when we use LQR or a Kalman filter. 
Consider the cases where we wish to combine 
1. 
An LQR controller with a normal (Luenberger) observer, and 
2. 
A conventional regulator with a Kalman filter. 
Discuss anything that you might need to consider when designing systems using these 
combined approaches. 
 
Consider a situation where you have a working Kalman filter with one or more sensors, each 
of which is returning data at one sample per second. You are given a new sensor that will 
sense some state (let's say x_1 for simplicity) once every ten seconds. Describe the various 
changes you would make to the Kalman filter implementation in order to add the new 
sensor. 
Page 2 of 2 

EEEN415 Advanced Control Systems
Test One
7th September 2022
1. The test is open book.
2. The test is to be conducted under exam conditions. Communication is not permitted.
Please remember that others will be taking the test after you, so don’t discuss the test
the  1982
until you are sure that everyone has finished.
3. You should submit your answers as a pdf file using Blackboard. You can photograph and
submit hand-written answers or if you prefer type them up. Hand writing the solutions
Act 
has generally been preferred as easier and faster by previous groups of students.
4. You can submit figures via the online submission system. Figures should be in png or
eps format and be in files called “fig1.png” or similar. You should refer to those figures
under 
in your written answers.
5. Code can be submitted, but it is unlikely to be read unless the results are wildly in-
consistent with the written solution provided. Do not put critical information about
your solutions in the .m files. Equally, do not spend time making your matlab code
unnecessarily pretty.
6. Your answers should be written with conventional mathematical notation and terminol-
ogy, not pseudo matlab. Where necessary refer to figure numbers in the text: “Figure 1
shows the response of the open loop system”.
Information 
7. Submit your solutions via Blackboard. A link is available from the course web page.
Released 
Only if that does not work should you email your solutions to
[email address] with the subject “ECEN415-Test”.
8. Explain your reasoning. Half marks will be awarded to solutions that work perfectly,
but do not explain how the answers were obtained.
9. The test is designed to take an hour, but the system has been set to 90 minutes to ensure
that you have plenty of time to submit your files.
 Official 
1

1. A continuous time system is described by a state space model of
 −2.8528
−0.22911
0.010317
2.3604
−0.2458 
 0.86101
−3.1643
0.0098473
0.19876
0.70206 
A = 

−10.5019
−1.1324
−3.0004
43.4773
−19.6592
 0.43051
−0.082139 0.0049237 −2.9006
0.35103 


0.011659
1.0056
0.0022897 −1.5324
−3.0819
 0.80906
0
0


4.0963
1.118
0

B = 

−69.8415
23.2809 23.2809

2.0482
0
0



3.7498
1.118
−1.183

1.991
0
0
0.19003
0

C =
−0.86139 −0.89443
0
3.5938
0


−0.10441 −0.42267 0.021477 0.86951 0.42267
the  1982
0 0 0
D =
0 0 0


0 0 0
t ∈
Act 
R+
A matlab file including this system definition is available on the course web site.
under 
(a) [5 marks] What are the poles and corresponding modes of the open loop system?
(b) [5 marks] Design a regulator for the system that places a dominant pair of poles at
−5 ± 5j. Explain your choice of the placement of any additional closed loop poles.
(c) [5 marks] Design a regulator that instead places the poles in a Butterworth config-
uration. Ensure that the slowest closed loop mode decays at the same rate as the
dominant pair in the previous controller.
(d) [5 marks] For each controller plot y and x for successive steps applied at the system
inputs. That is, apply a step to the first input and wait for any transients to decay
before applying a step at the second input (and so on).
Information 
(e) [5 marks] Demonstrate which of your two controller designs results in larger signals
Released 
applied at u. Explain your findings.
Hint: This question is not intended to be quantitative; a qualitative discussion of
any pertinent aspects of system behaviour is all that is expected.
END
 Official 
2

EEEN415 Advanced Control Systems
Test One - 2023
7th of September
NAME:
the  1982
Student Number:
Act 
This test consists of FOUR questions. You should attempt all questions.
The test is out of a total of 50 marks.
under 
The questions are worth 20, 10, 10 and 10 marks respectively.
The duration of the test will be 50 minutes.
OPEN BOOK
Calculators are permitted.
Released 
Information 
 Official 
1

1. [20 marks]
A nonlinear, continuous time, system is found to have two equilibrium points. A lineari-
x 
1
sation around the first equilibrium at
1
=
has an eigenvalue of λ
x
1 = 0.2 associated
2
1


2
with the eigenvector √
. The second eigenvalue for the linearisation is λ
2
2 = −4 with

− 2
associated eigenvector

.
2
x 
−1
The second equilibrium point is at
1
=
has a linearisation with λ
x
1 = −10 and
2
−1
1
0
the eigenvector
along with λ
.
0
2 = −20 associated with the eigenvector
1
(a) [8 marks] Sketch a phase portrait for the nonlinear system.
the  1982
Act 
under 
Released 
Information 
(b) [4 marks] on your phase portrait add the trajectory that you would expect the system
 1.5 
state would trace out if it began at the initial conditions x(0) = −0.5
 Official 
2

(c) [8 marks] Consider the situation where the system is to be operated around the
equilibrium point at x = 1 1T. The system is placed into a new set of state
−1 1
variables z where x =
z.
1
1
Sketch the phase portrait of the system linearised around this equilibrium point in
the new coordinate system, including representative state trajectories.
the  1982
Act 
under 
Released 
Information 
 Official 
3

exp(−2t)
0
0

2. [10 marks] A system has Φ(t) =
0
exp(−3t) t exp(−3t)

.
0
0
exp(−3t)
(a) [5 marks] If the system is at x = 2 0 1T at t = 2, where was it at at t = 1?
the  1982
Act 
under 
(b) [5 marks] Do you think that the system is a continuous time, or a discrete time
system? Explain your reasoning.
Released 
Information 
 Official 
4

3. [10 marks] A continuous time system with state governed by ˙
x = Ax + Bu has
1
0
−1
0
3
0
B = 


.
0
0
2 


0 −1 −5
(a) [7 marks] Give a choice for u that would cause ˙
x3 = 4 units per second, while
leaving the other state variables unchanged. You should ignore the action of the
unknown A when answering this question.
the  1982
Act 
under 
(b) [3 marks] Would it be possible to construct other possibilities for u that also meet
the goal? Explain why or why not.
Released 
Information 
 Official 
5

4. [10 marks] Consider a system that cannot be diagonalised, but can be written in Jordan
form, as follows.
−2
4
0
0 
0 0
1 
−4 −2
0
0
1 0
0
˙
x = 




x +
u
0
0
−1
1 
0 0 −1




0
0
0
−1
0 1
0
y = 1 0 1 0 x
An impulse is placed into each of the inputs in turn and the resulting dynamics allowed
to die out before the application of the next impulse.
Sketch the response of both x and y in response to the impulses.
the  1982
Act 
under 
Released 
Information 
 Official 
6


 
 
 
 
EXAMINATIONS – 2023 
TRIMESTER 2 
FRONT PAGE 
 
 
EEEN 415 
ADVANCED CONTROL SYSTEMS 
1982
ENGINEERING 
the 
01/11/2023 
 
 
Act 
 
Time allowed:   TWO HOURS 
Instructions: 
Answer all four questions  under 
 
Each Question is worth 30 marks 
 
Open Book 
 
Only silent non-programmable calculators or silent programmable calculators 
with their memories cleared are permitted in this examination. 
 
 
Information 
 
Released 
 
 
 Official 
EEEN 415 
Page 1 of 5 

 
 
 
 
 1.  Dynamical Systems   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(30 marks) 
 
A nonlinear system is described in continuous time by the set of dynamical equations  

3
1 = x1  - x1 - x2 
ẋ2 = - x2 
 
 a)  Find the equilibrium points for the system. 
[3 MARKS] 
 
1982
 b)  Form a linearised model around EACH equilibrium point. the 
[4 MARKS] 
 
Act 
 c)  What are the eigenvalues and eigenvectors associated with each of the equilibrium points? 
Categorise each as a stable or unstable node, a saddle, a centre or a stable or unstable 
focus. 
under 
[10 MARKS] 
 
 d)  Sketch a phase portrait for the complete system, ensuring you show the directions of the 
eigenvectors (where possible). Ensure that you think about the direction of any spiralling 
or circulating structures. 
[10 MARKS] 
 
Released 
Information 
 e)  Explain whether the Hartman-Grobman theorem apply in the vicinity of each of your 
equilibrium points? Describe qualitatively why systems that do not satisfy this theorem 
cannot generally be treated by simple linearisation. 
[3 MARKS] 
 
 
 Official 
EEEN 415 
Page 2 of 5 

 
 
 
 2.  System Response 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(30 marks) 
A discrete time system is described by a state space model with 
0.9
0
0
1
0
𝑨 = ( 0
0.7
0.2), 𝑩 = (1
0 ), 𝑪 = (-1 1 0) and 𝑫 = (1 0). 
0
-0.2 0.7
0 -1
 
a.  Describe the modes that you would expect to see present in each of the state variables, and how they 
could be excited by the input signals. 
[5 MARKS] 
 
b.  Imagine a series of steps were applied to each of the inputs in turn, with enough time left between each 
that the system dynamics had time to settle. Sketch the behaviour of each state variable, and the system 
output(s). Your diagram does not need to capture the discrete time nature of the response – just sketch 
the  1982
smooth responses.  
[15 MARKS] 
 
Act 
c.  A controllable system can be taken from an arbitrary state x(0) to another using an input signal 
given by 
under 
𝒖(k-1)
𝒖(k-2
𝒙(k) = Φ(k)𝒙(0)   +   Mc (


𝒖(0)
 
We could use this to build a regulator by setting x(k)=0 and finding the u signal that would 
take us from our starting point at x(0) back to zero. Discuss the advantages and disadvantages 
that such as scheme would have compared with a typical regulator. 
Information 
[10 MARKS]  
 
Released 
 Official 
EEEN 415 
Page 3 of 5 

 
 
 
 3.  Regulator Design   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(30 marks) 
A particular system that is driven by two actuators is described by a continuous time state 
space model 
0
1
0 1
𝒙̇ = (
) 𝒙 + (
) 𝒖 
16
0
1 1
𝑦 = (1 0)𝒙 
 
(a)  Where are the open loop poles of the system?  
[2 MARKS] 
(b)  Sketch and write expressions for the modes that you would expect to be present in the 
system’s output. 
1982
[2 MARKS] 
the 
(c)  Determine whether the system is controllable and/or stabilisable. Would the system be 
controllable and/or stabilisable if it were driven by each of its actuators independently? 
Act  [4 MARKS] 
(d)  You wish to design a regulator so that the closed loop system has a stable response that 
responds at least as quickly as e-6t. 
under 
 i.  Discuss where you would place the poles of the closed loop system. 
[2 MARKS] 
 ii.  Use pole placement or any other suitable technique to show that there are multiple 
possible feedback matrices that could achieve your desired closed loop pole 
locations.  
Note: you are not expected to find a solution for the feedback matrix in this case. 
[10 MARKS] 
Information 0 p
Released 
 iii.  You decide to restrict the form of the feedback to K = (
) for some unknown p 
q
0
and q. Find p and q to produce the desired closed loop response. 
[10 MARKS] 
 
 
 
 Official 
EEEN 415 
Page 4 of 5 

 
 
 
4.  System Design 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(30 marks) 
 
-2
1
0
1 0
A system has 𝑨 = ( 0
-2
1 ), 𝑩 = (0 1) and 𝑪 = (1
0 0), which leads to the 
0
0
-2
0 1
1 0
-2
1
4 -3
controllability matrix Mc = (0 1
0
-1
0
0 )  
0 1
0
-2
0
4
1
0
0
and observability matrix Mo = ( -2
1
0). 
4
-4 1
 
a.  Is the system controllable, stabilisable, observable and/or detectable? 
the  1982
[4 MARKS] 
 
b.  If it is controllable, in how many time steps would the reachability matrix become full rank? 
Act 
Alternatively, if it is not controllable, describe how you would determine whether it is 
stabilisable.  
[2 MARKS] 
under 
 
-1
-3
c.  If the system starts in state 𝒙(0) = ( 1 ), find some u that will take it to 𝒙 = ( 1 ) in a short 
1
4
a time as possible. 
[12 MARKS] 
 
Information 
0
d.  Use Ackermann’s equation, : 𝑳 = 𝛼(𝑨)M-1
Released o(0), to find the feedback gain L that would 
1
place observer poles at s = -4. In this case the inverse of the observability matrix is  
1
0 0
M-1
o = ( 2
1 0) 
4
4 1
[10 MARKS] 
 Official 
 
e.  If you decided to use LQR to control the system, what would you consider when placing 
observer poles? 
[2 MARKS] 
 
******************** 
EEEN 415 
Page 5 of 5 

EEEN415 Advanced Control Systems
Test One - 2024
2nd of September
NAME:
the  1982
Student Number:
Act 
This test consists of FOUR questions. You should attempt all questions.
The test is out of a total of 50 marks.
under 
The questions are worth 20, 10, 10 and 10 marks respectively.
The duration of the test will be 50 minutes.
OPEN BOOK
Calculators are permitted.
Released 
Information 
 Official 
1

1. [20 marks]
A nonlinear, continuous time, system is found to have two equilibrium points. A lineari-
x 
1
sation around the first equilibrium at
1
=
has an eigenvalue of λ
x
1 = 0.2 associated
2
1


2
with the eigenvector √
. The second eigenvalue for the linearisation is λ
2
2 = −4 with

− 2
associated eigenvector

.
2
x 
−1
The second equilibrium point is at
1
=
has a linearisation with λ
x
1 = −10 and
2
−1
1
0
the eigenvector
along with λ
.
0
2 = −20 associated with the eigenvector
1
(a) [8 marks] Sketch a phase portrait for the nonlinear system.
the  1982
Act 
under 
Released 
Information 
(b) [4 marks] on your phase portrait add the trajectory that you would expect the system
 1.5 
state would trace out if it began at the initial conditions x(0) = −0.5
 Official 
2

(c) [8 marks] Consider the situation where the system is to be operated around the
equilibrium point at x = 1 1T. The system is placed into a new set of state
−1 1
variables z where x =
z.
1
1
Sketch the phase portrait of the system linearised around this equilibrium point in
the new coordinate system, including representative state trajectories.
the  1982
Act 
under 
Released 
Information 
 Official 
3

exp(−2t)
0
0

2. [10 marks] An autonomous system has Φ(t) =
0
exp(−3t) t exp(−3t)

.
0
0
exp(−3t)
(a) [5 marks] If the system is at x = 2 0 1T at t = 0, where will it be at t = 2?
the  1982
Act 
under 
(b) [5 marks] Do you think that the system is a continuous time, or a discrete time
system? Explain your reasoning.
Released 
Information 
 Official 
4

3. [10 marks] A continuous time system with state governed by ˙
x = Ax + Bu has
−4
0
0
0 
1 0 0
0
−3
0
0
0 1 0
A = 




and B =
.
0
0
−2
1 
0 0 0




0
0
0
−2
0 0 1
(a) [5 marks] Is it possible to find a uo that would hold the system at an equilibrium
1
1
point x


o = 
? Note, that you don’t need to find, u
1
o (though doing so would be


0
one way of demonstrating that it is possible.)
−1
0
0
0 
4
0
− 1
0
0
Hint: A−1 = 
3

 0
0
− 1 − 1 

2
4 
0
0
0
− 1
1982
2
the Act 
under 
Released 
Information 
 Official 
5

(b) [5 marks] Show that the system is controllable.
the  1982
Act 
under 
Released 
Information 
 Official 
6

4. [10 marks] Consider a system that cannot be diagonalised, but can be written in Jordan
form, as follows.
−2
4
0
0 
0 0
1 
−4 −2
0
0
1 0
0
˙
x = 




x +
u
0
0
−1
1 
0 0 −1




0
0
0
−1
0 1
0
y = 1 0 1 0 x
An impulse is placed into each of the inputs in turn and the resulting dynamics allowed
to die out before the application of the next impulse.
Sketch the response of both x and y in response to the impulses.
the  1982
Act 
under 
Released 
Information 
 Official 
7


 
 
 
 
EXAMINATIONS – 2024 
TRIMESTER 2 
FRONT PAGE 
 
 
EEEN415 
ADVANCED CONTROL SYSTEMS 
ENGINEERING 
the  1982
01/11/2024 
 
 
Act 
 
Time allowed:   TWO HOURS 
Instructions: 
Answer all three questions. under 
 
Each question is marked from a maximum of 40 marks 
 
Closed Book 
Only silent non-programmable calculators or silent programmable calculators 
with their memories cleared are permitted in this examination 
 
A single sheet (double sided) of A4 paper with notes is permitted 
 
Information 
 
Released 
 
 
 Official 
EEEN415 
Page 1 of 5 

 
 
 
1. A nonlinear, continuous time, sysem is described by the set of differential equations 
𝑑𝑥1 = 𝑓
𝑑t
1(𝒙) = (𝑥1 − 2𝑥2)𝑥1 
𝑑𝑥2 = 𝑓
𝑑t
2(𝒙) = (𝑥1 − 2)𝑥2 
 
a)  Find the equilibrium points of the system. 
[5 MARKS] 
 
b)  Find a linear model around each of the equilibrium points. 
[10 MARKS] 
the  1982
 
c)  Find the eigenvalues at each equilibrium point and discuss the nature of the corresponding 
 
equilibrium point. 
Act  [10 MARKS] 
 
under 
d)  Sketch the nonlinear phase portrait of the system. Be sure to calculate any useful eigenvectors 
 
and indicate them on your diagram. 
[5 MARKS] 
 
2
e)   The system begins at the state 𝒙(0)   = ( ). Assuming that the evolution of the state can be 
2
well described by the linear model at the nearest equilibrium point, what would the state be 
three seconds later?  
Information  −2 0
Released 
(If you were previously unable to find a linearised model, assume that 𝐴 = [
] for this 
0
3
part of the question.) 
[10 MARKS] 
 
 
 
 Official 
EEEN415 
Page 2 of 5 

 
 
 
 
2. A system of three storage tanks has an approximate state space model given by 
−𝟐
𝜀
𝟎
0 0
1
1
0 0
𝒙̇ = [ 𝟎
−𝟑
𝟎 ] 𝒙 + [0 1] 𝒖 + [1] 𝑤     and       𝒚 = [0 1 0] 𝒙   
𝟎
𝟎
−𝟖
1 0
2
0
0 1
where ε is a (small) unknown constant that might be either negative or positive. 
x1 is the temperature in the first tank, 
x2 is the temperature in the second tank, 
x3 is the temperature in the third tank, 
u represents the operation of two heater/coolers connected to tanks two and three, 
w represents stochastic flow of heat into/out of the tanks from the environment. 
the  1982
 
a)  Calculate the controllability matrix of the system if only u1 is used as a control input. Discuss 
 
the controllability and stabilisability of the system in this situation.  Act  [5 MARKS] 
 
under 
b)  Discuss the controllability and stabilisability of the system when both u1 and u2 are available 
for control. 
[5 MARKS] 
 
c)  Explain how your answers to parts a) and b) would change if ε were to be zero. 
[5 MARKS] 
 
Released 
Information 
 
 
 Official 
EEEN415 
Page 3 of 5 


 
 
 
the  1982
Act   
Figure 1: Performance of an LQR controller 
under 
 
d)   An existing steady state LQR controller has been designed for the system using the cost 
1
0
0
10
0
 
matrices 𝑄 = 1000 [0
4
0 ], 𝑅 = [
].  
0
100
0
0
81
Recorded performance of the closed loop system is shown in figure 1. It is now desired to 
modify the controller so that the deviation of x2 is reduced to approximately ±0.01 units, while 
x1 is permitted to vary by no more than ±0.5 units.  
Information 
Discuss changes that you would  suggest to Q and/or R to bring about the necessary changes.  
Released 
 
  [5 MARKS] 
 
e)  You need to design a controller than ensures that the temperature of the third tank stays at the 
 mean temperature of the other two tanks. Formulate an augmented model that you could use to 
build an integral controller that would achieve the desired outcome. 
[15 MARKS] 
 Official 
 
f) 
If we require x3 to be within 0.1 units of the average of the other two tanks, explain how you 
would modify the LQR cost matrices to incorporate the integral controller. 
[5 MARKS] 
 
EEEN415 
Page 4 of 5 

 
 
 
 
3. A discrete time system is described by the state space model 
0.9
1
0
𝑥(𝑡 + 1) = [ 0
0.9
0 ] 𝑥(𝑡) + 𝑤(𝑡) 
0
0
0.8
 
a)     You can afford only a single sensor that can measure the difference between any two states. 
Use the system’s observability matrix to show that a sensor that measures 𝑥1 − 𝑥3 (or some 
other similar relation between x1 and x3) is the only option that makes the system observable.    
[10 MARKS] 
 
b)   After how many time steps is the state fully observable? 
1982
[5 MARKS] 
the 
 
c)   Use pole placement to design a dead beat observer for the system.  Act  [10 MARKS] 
 
under 
d)   In what ways would the response of a dead beat observer differ from that of a steady state 
 
Kalman filter? 
[5 MARKS] 
 
e)   Imagine that a steady state Kalman filter was designed for this system and that the eigenvalues 
of the resulting closed loop system were slower than those that you designed in part c). 
i. 
Imagine that each of the state variables were subjected to an impulsive disturbance in turn. 
Information 
For both your observer and the Kalman filter, sketch how the estimated state would then 
approach the true state. 
Released 
[5 MARKS] 
 
ii.   Sketch how the uncertainty in the state estimate would evolve as a function of time for 
both your observer and the steady state Kalman filter when you first switch them on.  
Hint: 
Sketch tr(P) as a function of time. You can assume that the initial uncertainty is 
 Official 
high. 
[5 MARKS] 
 
******************** 
EEEN415 
Page 5 of 5 

EEEN415 Advanced Control Systems
Test One - 2025
7th of April
NAME:
the  1982
Student Number:
Act 
This test consists of FOUR questions. You should attempt all questions.
The test is out of a total of 70 marks.
under 
The questions are worth 20, 20, 20 and 10 marks respectively.
The duration of the test will be 120 minutes.
A single A4 sheet of notes may be used.
Calculators are permitted.
Released 
Information 
 Official 
1

1. A nonlinear, continuous time, system is found to have two equilibrium points. A lineari-
1
sation around the first equilibrium at x∗ =
has an eigenvalue of λ
a
1
1 = 0.2 associated
1
with the eigenvector
. The second eigenvalue for the linearisation is λ
1
2 = −4 with
−1
associated eigenvector
.
1
−1
The second equilibrium point is at x∗ =
has a linearisation with λ
b
−1
1 = −10 and the
1
0
eigenvector
along with λ
.
0
2 = −20 associated with the eigenvector
1
(a) [8 marks] Sketch a phase portrait for the nonlinear system.
the  1982
Act 
under 
Released 
Information 
(b) [4 marks] on your phase portrait add the trajectory that you would expect the system
 1.5 
state would trace out if it began at the initial conditions x(0) = −0.5
 Official 
2

(c) [4 marks] Imagine that you wished to operate the system in the vicinity of the
equilibrium point at x = 1 1T. Explain how you would put the system into
modal form.
the  1982
Act 
under 
(d) [4 marks] Sketch the phase portrait of the system linearised around this equilibrium
point in the new coordinate system, including representative state trajectories.
Released 
Information 
 Official 
3

exp(−2t)
0
0

2.
(a) An autonomous system has Φ(t) =
0
exp(−2t)
0

.
0
0
exp(3t)
i. [4 marks] What is the A matrix for this system?
ii. [6 marks] At time t = 1 the system is at x = 2 4 8T. What was the state at
t = −2?
the  1982
Act 
under 
Released 
Information 
 Official 
4

(b) An autonomous system has a state space model of
−2
1
0 
˙
x =
0
−2
0

 x
0
0
−1
i. [4 marks] What is the state transition matrix Φ(t) for this system?
the  1982
ii. [6 marks] If the system has at intial state x(0) = 2 −3 4T, at what time
does x1 = 0?
Act 
under 
Released 
Information 
 Official 
5

3. Sketch the phase portrait for each of the systems described below.
(a) [4 marks] The system has eigenvalues λa = −2, λb = 10, with associated eigenvectors
being va = 1 0T and vb = 1 1T respectively.
−20 16
(b) [4 marks] The system has A =
, with eigenvalues λ
−32 12
a,b = −4 ± j16 and
eigenvectors va,b = −1 ± j −2T.
(c) [12 marks] The system is described by the set of differential equations
˙x1 = x2 − 4
1
˙x2 = x2
the  1982
Act 
under 
Released 
Information 
 Official 
6

4. [10 marks] Consider a system that cannot be diagonalised, but can be written in Jordan
form, as follows.
−2
4
0
0 
−4 −2
0
0
˙
x = 


x
0
0
−1
1 


0
0
0
−1
An impulse disturbance is placed onto each of the states in turn and the resulting dynamics
allowed to die out before the application of the next impulse.
Sketch the response of each of the state variables in response to each of the impulses.
the  1982
Act 
under 
Released 
Information 
 Official 
7


 
 
 
 
EXAMINATIONS – 2025 
TRIMESTER 1 
FRONT PAGE 
 
 
EEEN415 
ADVANCED CONTROL SYSTEM 
ENGINEERING 
the  1982
13/06/2025 
 
 
Act 
 
Time allowed:   TWO HOURS 
Instructions: 
Answer all four questions.  under 
 
Each question is marked from a maximum of 30 marks 
 
Closed Book 
Only silent non-programmable calculators or silent programmable calculators 
with their memories cleared are permitted in this examination 
 
A single sheet (double sided) of A4 paper with notes is permitted 
 
Information 
 
Released 
 
 
 Official 
EEEN415 

 
 
 
 
 
1. Regulator Design 
A discrete time state space system has model 
0.7
0.2
1 0
𝐴 = [
], 𝐵 = [
], 𝐶 = [1 1] and 𝐷 = 0. 
−0.2 0.7
0 2
 
a) What is the size of the K matrix needed to construct a state feedback regulator for this system? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[5 marks] 
 
b) Use pole placement to design a regulator so that the poles of the closed loop system are at       
the  1982
𝑠 = 0.6 ± 0.6𝑗. 
Hint: You may find that there are multiple possible solutions for K. If so, design any single 
regulator that will achieve the desired closed loop performance, and state any simplifying 
Act 
assumptions that you make. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[20 marks] 
under 
 
c) The system above uses two actuators for control. Discuss the advantages and disadvantages of 
removing either one of the actuators and controlling the system with the remaining actuator alone. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[5 marks]   
 
 
Released 
Information 
 Official 
EEEN415 
Page 2 of 5 

 
 
 
2. Controllability 
A state space system has  
0.8
1
0
0
0
1
0
0.9
0
0
0
1
𝐴 = [
], 𝐵 = [
], 𝐶 = [1 1 1 −1] and 𝐷 = 0. 
0
0
0.8
1
0
0
0
0
0
0.6
1
−1
 
The resulting controllability matrix for the system is 
0
1
0
1.8
0
2.34
0
2.68
0
1
0
0.9
0
0.81
0
0.73
ℳ𝒸 = [

0
0
1
−1
1.4
−1.4
1.48 −1.48
1
−1
0.6 −0.6 0.36 −0.36 0.22 −0.22
 
the  1982
a) Is the system controllable? If so, after how many time steps can the system be driven to zero from 
an arbitrary state? Ensure that you prove your answer mathematically. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[10 MARKS] 
Act 
 
5
50 0
0
under 
0
10 0
0
b) For the A matrix above we find that (𝐼 − 𝐴)−1 = [
]. 
0
0
5 12.5
0
0
0
2.5
1
1
Is it possible to regulate the system around an operating point of 𝑥𝑜 = [ ]?  
0
0
If so, what is the required 𝑢𝑜signal? 
Information 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[10 MARKS] 
Released 
 
−2
0
1
c) Consider the continuous time state space model 𝐴 = [
], 𝐵 = [ ]. Explain why the 
0
−2
1
system is uncontrollable. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[5 MARKS] 
 
 Official 
d) When is a system stabilisable? If a system is uncontrollable, but stablisable, what does this mean 
for designing a practical regulator? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[5 MARKS] 
 
 
EEEN415 
Page 3 of 5 

 
 
 
 
3. Observer Design 
A continuous time system is modelled with a state space system having 
−2
1
0
2
2
𝐴 = [
], 𝐵 = [ ], 𝐶 = [
] and 𝐷 = 0. 
0
−2
1
1 −1
 
a) Is the system observable and/or detectable? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[5 MARKS] 
 
b) Consider two modified versions of the system where only one of the system’s existing sensors is 
used in each case. Are the two modified systems observable and/or detectable? 
the  1982
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[5 MARKS] 
 
c) Use Ackermann’s equation to design an observer for the system that places the observer poles at 
Act 
𝑠 = −10 ± 10𝑗. 
0
Hint: Ackermann’s equation is 𝐿 = χ
−1
0(𝐴)ℳ𝑜
[ ]. 
1
under 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[10 MARKS] 
 
d) During use the sensor in your system breaks, such that its C matrix changes to 𝐶 = [1
0]. Does 
the observer remain stable with your chosen L? Discuss whether you would expect the resulting 
observer to continue to provide an adequate estimate of the system state for practical use. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[10 MARKS] 
 
 
Released 
Information 
 Official 
EEEN415 
Page 4 of 5 

 
 
 
 
4. Short Explanation Questions. 
a) Explain the separation principle as it pertains to the design of a system containing both a 
regulator and an observer.   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[5 MARKS] 
 
b) Does the separation principle ensure that combining a Kalman filter with a regulator will work as 
expected? Explain why or why not. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[5 MARKS] 
 
c) Consider a situation where an optimal (time varying) Kalman filter and a steady state Kalman 
1982
filter both begin estimating the state of a system, with indentical large initial uncertainties. Sketch 
the 
the evolution of the state uncertainty as a function of time for each filter. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[5 MARKS] 
Act 
 
d) Explain the major drawback(s) of deadbeat controllers that results in them being rarely used in 
practice. 
under 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[5 MARKS] 
 
e) Discuss whether using the deadbeat principle would be useful in designing an observer, including 
discussion of potential advantages and disadvantages. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[5 MARKS]  
 
Information 
f) When using a Kalman filter to estimate the state of a system governed by 𝑥 = 𝐴𝑥 + 𝐵𝑢 + 𝑤, we 
Released 
must calculate the prior estimate of state using   
𝑥̂(𝑡|𝑡 − 1) = 𝐴𝑥̂(𝑡 − 1|𝑡 − 1) + 𝐵𝑢(𝑡 − 1), 
𝑃(𝑡|𝑡 − 1) = 𝐴𝑃(𝑡 − 1|𝑡 − 1)𝐴𝑇 + 𝑄. 
Explain why the process noise 𝑤~𝒩(0, 𝑄) does not appear in the prediction of x, but its covariance 
does appear in the prediction of the estimation covariance. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[5 MARKS] 
 Official 
 
 
 
******************** 
EEEN415 
Page 5 of 5 

Document Outline