自控实验22
实验一典型环节的模拟研究
1.1 实验设备
PC 计算机1台（要求P4，1.8G 以上）；MATLAB 6.X 或 MATLAB 7.X 软件1套。
1.2 实验目的
1．通过搭建典型环节模拟电路，熟悉并掌握数学模型的建立方法。 2．熟悉各种典型环节的阶跃响应。
3．研究参数变化对典型环节阶跃响应的影响。
1.3 实验内容
1．观察比例环节的阶跃响应曲线
典型比例环节模拟电路如图1-1所示，比例环节的传递函数为：
K s U s U i )
()
(0
图1-1典型比例环节模拟电路
(1) 比例系数（放大倍数）选取：
A ．当K=1、K=2、K=5时，分别观测阶跃响应曲线，并记录输入信号输出信号波
形；
B ．比例放大倍数 K=R2/R1；
(2) 阶跃信号设置：阶跃信号的幅值选择1伏（或5伏） (3) 写出电路的数学模型：
(4) 利用MATLAB 的虚拟示波器观测输出阶跃响应曲线并进行记录。
2．观察积分环节的阶跃响应曲线
典型积分环节模拟电路如图1-2所示，积分环节的传递函数为：
Ts
s U s U i 1
)()(0=
图1-2典型积分环节模拟电路
(1) 积分时间常数T 选取：
A ．T=1秒，T=0.2秒，T=0.1秒；
B ．T=1秒=R1*C1=100K*10μF ，T=0.2秒= R1*C1=100K*2μF ， T=0.1秒= R1*C1=100K*1μF 。
(2)输入阶跃信号，通过虚拟示波器观测输出阶跃响应曲线并进行记录。
3．观察比例积分环节的阶跃响应曲线
比例积分环节的传递函数为：
Ts
K s U s U i 1
)()(0+= 当K=1时，分别观察T=1，T=0.2, T=0.1的阶跃响应曲线。
4．观察微分环节的阶跃响应曲线
典型微分环节模拟电路如图1-3所示，微分环节的传递函数为：
Ts s U s U i =)
()
(0
图1-3典型微分环节模拟电路
(1) 微分时间常数 T=1秒，T=0.2秒，T=0.1秒；
(2) R1=0, C1和 R2根据 T 确定
5．观察比例微分环节的阶跃响应曲线
比例微分环节的传递函数为：
)1()
()
(0Ts K s U s U i += 参数：K=1，T=1；K=1，T=0.2; K=2，T=1 。
6．观察比例微分积分环节的阶跃响应曲线
比例微分积分环节的传递函数为：s T s
T K s U s U d i p i ++=1
)()(0 参数：(1) Kp=1，Ti=1,Td=1；
(2) Kp=1，Ti=0.2, Td=1； (3) Kp=1，Ti=0.1, Td=1。
7．观察惯性环节的阶跃响应曲线
典型惯性环节模拟电路如图1-4示，惯性环节的传递函数为：
1
)()(0+=
Ts K
s U s U i
图1-4型惯性环节模拟电路
惯性环节时间常数 T=1秒，T=0.2秒，T=0.1秒
四．实验结果
1. 将实验记录数据记在表1-1中（根据图形大小适当调整记录表格的大小）
2. 绘出各种典型环节理想的和实测的阶跃响应曲线
表1-1典型环节的阶跃响应曲线记录表
；；
；
五、思考题
1.在图1中比例放大器A1输入端加入阶跃信号，观测A1输出信号和输入信号相反，若
想同方向观测比较输出信号和输入信号应采取什么措施？
2.惯性环节什么情况下近似为积分环节？什么情况下近似为比例环节？能否通过实
验来验证。
3.如何通过实验测定惯性环节的时间常数？将测定结果与理论结果比较。
六、实验报告（要求独立完成）
实验二二阶系统特征参数对系统性能的影响
一．实验目的
1．研究二阶系统特征参量（ωn,ξ）对系统性能的影响；
2．研究斜坡输入作用下二阶系统的静态误差。
3. 掌握测试过渡过程的一种测试方法。
二．实验内容
1．观测特征参量ξ对二阶系统性能的影响
2．观测特征参量ωn对二阶系统性能的影响
3．观测斜坡输入作用下二阶系统的静态误差
三．实验步骤
1．观测特征参量ξ对二阶系统性能的影响
图2-1 二阶系统模拟电路(ωn＝12.5) 典型二阶系统模拟电路如图2-1所示，二阶振荡环节的传递函数为：
2
2
2
02)()(n
n n
i s s U s U ωξωω++=其固有频率ωn ＝12.5 二阶系统阻尼系数 ξ＝0.2，选取R6＝200K 。 二阶系统阻尼系数 ξ＝0.4，选取 R6＝100K 。 二阶系统阻尼系数 ξ＝0.8，选取 R6＝50K 。 (1) 连接虚拟示波器：
将实验电路A2的“OUT2”（系统输出）与示波器通道CH2相连接。输入信号与示波器通道CH1相连接。
(2)输入阶跃信号，通过虚拟示波器观测不同特征参量 ξ下输出阶跃响应曲线,并记录曲
线的超调量σ%、峰值时间 t p 以及调节时间 t s 。
2．观测特征参量ωn 对二阶系统性能的影响
二阶系统模拟电路如图2-2所示，其阻尼系数ξ ＝0.4：
图2-2 二阶系统模拟电路(ξ＝0.4)
A ．当R5＝256K 、R6=200K 时，则该二阶系统固有频率 ωn ＝6.25
B ．当R5＝64K 、 R6=100K 时，二阶系统固有频率 ωn ＝12.5
C ．当R5＝16K 、 R6=50K 时，二阶系统固有频率 ωn ＝25
输入阶跃信号，通过虚拟示波器观测不同特征参量ωn 下输出阶跃响应曲线,并记录曲线的超调量σ%、峰值时间 t p 以及调节时间 t s 。
3．观测斜坡输入作用下二阶系统的静态误差
给定的二阶系统模拟电路如图2-3所示：
图2-3 二阶系统模拟电路
(1) 设置函数发生器：
将斜波函数发生器与实验电路A3的输入端子相连接；修改斜波信号的斜率。
(2)搭建二阶系统模拟电路：
A．实验电路如图2-3。
B．元件参数：R1=200K、R2=200K、R3=200K、R4=500K、R5＝64K、R6=500K、R7=10K、R8=10K、C1=2.0μF、C2=1.0μF
(3)连接虚拟示波器：方法同前。
(4)输入斜坡信号，通过虚拟示波器观测响应曲线
A．保持斜坡斜率恒定，分别改变R4、R5、R6的阻值，并根据改变后的电路参数计算出相应的开环增益K值，绘制输出波形，观测并记录稳态误差结果。
B．保持R4=500K、R5＝64K、R6=500K阻值不变即保持开环增益K不变，调节斜波斜率由小增大，绘制不同斜率下输出的波形，观测并记录稳态误差结果。
四．实验结果
1．讨论系统特征参量（ωn，ξ）变化时对系统性能的影响。
2．根据电路图中的参数计算下表中的理论值，并和实测值一起填入表2-1
表2-1
52%
25%
2%
25%
25%
25% 3．根据斜坡输入作用下二阶系统的静态误差实验结果填写下表中。
5
五、思考题
1.输入阶跃信号的幅值应如何考虑为最佳？
2.为什么要同时观察输入阶跃信号和系统输出响应信号？
3.实验线路中如何确保系统是负反馈？
4.二阶系统改变增益会发生不稳定现象吗？
5.如何测量二阶系统的稳态误差？
6.放大器A1的输入电阻R1设置为100K时有几种方法？
七、实验报告（要求独立完成）
实验四开环增益与零极点对系统性能的影响
一．实验目的
1．研究闭环、开环零极点对系统性能的影响； 2．研究开环增益对系统性能的影响。
二．实验内容
1、观测原始系统响应波形，记录超调量σ%、峰值时间t p 和调节时间t s ；
2、分别给原始系统在闭环和开环两种情况下加入不同零极点，观测加入后的系统响应波形，记录超调量σ%和调节时间t s ；
3、改变开环增益K ，取值1，2，4，5，10，20等，观测系统在不同开环增益下的响应波形，记录超调量σ%和调节时间t s 。
三．实验步骤
1．原始二阶系统
原始二阶系统模拟电路如图4-1所示，系统开环传递函数为：
)
12.0(1.0 s s K
，
图4-1 原始二阶系统模拟电路
(1)连接虚拟示波器：
将实验电路A2的“OUT2”与示波器通道CH2相连接。
(2)输入阶跃信号，通过虚拟示波器观测原始二阶系统输出响应曲线，记录超调量σ%、
峰值时间 t p 和调节时间 t s 。
2．闭环极点对原始二阶系统的影响
给原始二阶系统加入闭环极点后的模拟电路如图4-2所示
请分别将下表中的极点环节加入到原始二阶系统中，记录阶跃响应曲线。
3．闭环零点对原始二阶系统的影响
原始二阶系统加入闭环零点后的模拟电路如图4-3所示
请分别将下表中的零点环节加入到原始二阶系统中，记录阶跃响应曲线。
4．开环极点对原始二阶系统的影响
给原始二阶系统加入开环极点后的模拟电路如图4-4所示。
请分别将下表中的极点环节加入到原始二阶系统中
5．开环零点对原始二阶系统的影响
原始二阶系统加入开环零点后的模拟电路如图4-5所示。
(1)设置阶跃信号源：
A．将阶跃信号区的选择开关拨至“0～5V”；
B．将阶跃信号区的“0～5V”端子与实验电路A3的“IN32”端子相连接；
C．按压阶跃信号区的红色开关按钮就可以在“0～5V”端子产生阶跃信号。
(2) 搭建加入开环零点的二阶系统模拟电路：
A．按照步骤1中的（1）、（2）搭建原始二阶系统；
图4-5加入开环零点的二阶系统模拟电路
请分别将下表中的零点环节加入到原始二阶系统中，记录阶跃响应曲线。
6．开环增益K 对二阶系统的影响
二阶系统模拟电路如图4-6所示，系统开环传递函数为：
)
11.0(1.0+s s K
，
K ＝R6/R5，当R5=100K 时闭环传递函数为：2
2
2
22210
10102++=++s s s s n n n ωξωω， K ＝1，ζ=0.5，ωn =10。在开环零点、极点保持不变的情况下，改变开环增益K ，系统的阻尼系数ζ和固有频率ωn 也将发生变化，系统的特性从而改变。
图4-6 二阶系统模拟电路
K ＝R6/R5，调节R5的阻值，使K 分别取值：1，2，4，5，10，20
四．实验结果
根据实验结果填写下表
表4.1 闭环极点对原始二阶系统的影响
自控实验4
东南大学自动化学院 实验报告 课程名称：控制基础 第 4 次实验 实验名称：串联校正研究 院（系）：自动化学院专业：自动化 姓名：徐丽娜学号：08011308 实验室：416 实验组别： 同组人员：刘燊燊实验时间：2013年12月20日评定成绩：审阅教师：
一、实验目的： （1）熟悉串联校正的作用和结构 （2）掌握用Bode图设计校正网络 （3）在时域验证各种网络参数的校正效果 二、实验原理： （1）校正的目的就是要在原系统上再加一些由调节器实现的运算规律，使控制系统满足性能指标。 由于控制系统是利用期望值与实际输出值的误差进行调节的，所以，常常用“串联校正”调节方法，串联校正在结构上是将调节器Gc(S)串接在给定与反馈相比误差之后的支路上，见下图。 设定校正网络Gc(S) 被控对象H(S) 实际上，校正设计不局限这种结构形式，有局部反馈、前馈等。若单从稳定性考虑，将校正网络放置在反馈回路上也很常见。 （2）本实验取三阶原系统作为被控对象，分别加上二个滞后、一个超前、一个超前-滞后四种串联校正网络，这四个网络的参数均是利用Bode图定性设计的，用阶跃响应检验四种校正效果。由此证明Bode图和系统性能的关系，从而使同学会设计校正网络。 三、实验设备： THBDC-1实验平台 THBDC-1虚拟示波器 四、实验线路： 五、实验步骤：
（1）不接校正网络，即Gc(S)=1，如总图。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode 图解释； （2）接人参数不正确的滞后校正网络，如图4-2。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode 图解释； （3）接人参数较好的滞后校正网络，如图4-3。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode 图解释； （4）接人参数较好的超前校正网络，如图4-4。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode 图解释； （5）接人参数较好的混合校正网络，如图4-5，此传递函数就是工程上常见的比例-积分-微分校正网络，即PID 调节器。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode 图解释； 六、预习与回答： （1） 写出原系统和四种校正网络的传递函数，并画出它们的Bode 图，请预先得出各种校正后的阶跃响 应结论，从精度、稳定性、响应时间说明五种校正网络的大致关系。 （2） 若只考虑减少系统的过渡时间，你认为用超前校正还是用滞后校正好？ （3） 请用简单的代数表达式说明用Bode 图设计校正网络的方法 七、报告要求： （1）画出各种网络对原系统校正的BODE 图，从BODE 图上先得出校正后的时域特性，看是否与阶跃响应曲线一致。 （2）为了便于比较，作五条阶跃曲线的坐标大小要一致。 八、预习题回答 一、 预习思考 （1）写出原系统和四种校正网络的传递函数，并画出它们的Bode 图，请预先得出各种校正后的阶跃响应结论，从精度、稳定性、响应时间说明五种校正网络的大致关系。 答：原系统开环传递函数：)1051.0)(1094.0)(12.0(2 .10)(+++=s s s s G 原系统的Bode 图：
自动控制根轨迹实验(二)
2 线性系统的根轨迹研究 2.1 实验目的 （1） 考察闭环系统根轨迹的一般形成规律。 （2） 观察和理解引进零极点对闭环根轨迹的影响。 （3） 观察、理解根轨迹与系统时域响应之间的联系。 （4） 初步掌握利用产生根轨迹的基本指令和方法。 2.2 实验内容 根轨迹绘制的指令法、交互界面法；复平面极点分布和系统响应的关系。 已知单位负反馈系统的开环传递函数为2 )^54()2()(2+++=s s s K s G ，实验要求： （1） 试用MATLAB 的rlocus 指令，绘制闭环系统根轨迹。（要求写出指令，并绘出图 形。） num=[1 2] num = 1 2 >> den=[1 0 16 0 25] den = 1 0 16 0 25 >> rlocus(tf(num,den));
（2）利用MATLAB的rlocfind指令，确定根轨迹的分离点、根轨迹与虚轴的交点。（要求写出指令，并给出结果。） （3）利用MATLAB的rlocfind指令,求出系统临界稳定增益,并用指令验证系统的稳定性。 >> rlocfind(G) Select a point in the graphics window selected_point = -0.0000 + 3.6025i ans = 65.8411
>> sym G G=tf([1 2],[1 8 26 40 25]); sym p den=[1 8 26 40 25]; p=roots(den) ans = G ans = p p = -2.0000 + 1.0000i -2.0000 - 1.0000i -2.0000 + 1.0000i -2.0000 - 1.0000i （4）利用SISOTOOL交互界面，获取和记录根轨迹分离点、根轨迹与虚轴的交点处的关键参数，并与前面所得的结果进行校对验证。（要求写出记录值，并给出说明。）
自控实验八
东南大学能源与环境学院 实验报告 课程名称：自动控制基础 实验名称：采样控制系统的分析 院（系）：能源与环境学院专业：热能与动力工程 姓名：周兴学号：03011127 实验室：417 实验组别：XX 同组人员：张亚丽实验时间：2013年12月12 日评定成绩：审阅教师：
目录 一．实验目的 (3) 二．实验设备 (3) 三．实验原理 (3) 四．实验内容 (4) 五．实验步骤 (4) 六．报告要求 (5) 七．实验结果与分析 (5) 八．思考与回答 (9) 九．实验总结 (9)
一．实验目的 1. 熟悉并掌握Simulink 的使用； 2. 通过本实验进一步理解香农定理和零阶保持器ZOH 的原理及其实现方法； 3. 研究开环增益K 和采样周期T 的变化对系统动态性能的影响； 二．实验设备 装有Matlab 软件的PC 机一台。 三．实验原理 1. 采样定理 图2-1为信号的采样与恢复的方框图，图中X(t)是t 的连续信号，经采样开关采样后，变为离散信号)(*t x 。 图2-1 连续信号的采样与恢复 香农采样定理证明要使被采样后的离散信号X *(t)能不失真地恢复原有的连续信号X(t)，其充分条件为： m a x 2ωω≥S 式中S ω为采样的角频率，max ω为连续信号的最高角频率。由于T S π ω2=，因而式可为： max ωπ ≤T 其中：T 为采样周期。 2. 采样控制系统性能的研究 图2-2为二阶采样控制系统的方块图。 图2-2 采样控制系统稳定的充要条件是其特征方程的根均位于Z 平面上以坐标原点为圆心的单位圆内，且这种系统的动、静态性能均只与采样周期T 有关。
自动控制原理学生实验：二阶开环系统的频率特性曲线
实验三 二阶开环系统的频率特性曲线 一．实验要求 1．研究表征系统稳定程度的相位裕度γ和幅值穿越频率c ω对系统的影响。 2．了解和掌握欠阻尼二阶开环系统中的相位裕度γ和幅值穿越频率c ω的计算。 3．观察和分析欠阻尼二阶开环系统波德图中的相位裕度γ和幅值穿越频率ωc ，与计算值作比对。 二．实验内容及步骤 本实验用于观察和分析二阶开环系统的频率特性曲线。 由于Ⅰ型系统含有一个积分环节，它在开环时响应曲线是发散的，因此欲获得其开环频率特性时，还是需构建成闭环系统，测试其闭环频率特性，然后通过公式换算，获得其开环频率特性。 自然频率：T iT K = n ω 阻尼比：KT Ti 2 1= ξ （3-2-1） 谐振频率： 2 21ξωω-=n r 谐振峰值：2 121lg 20)(ξ ξω-=r L （3-2-2） 计算欠阻尼二阶闭环系统中的幅值穿越频率ωc 、相位裕度γ： 幅值穿越频率： 24241ξξωω-+? =n c （3-2-3） 相位裕度： 4 24122arctan )(180ξξξω?γ++-=+=c （3-2-4） γ值越小，Mp%越大，振荡越厉害；γ值越大，Mp%小，调节时间ts 越长，因此为使 二阶闭环系统不致于振荡太厉害及调节时间太长，一般希望： 30°≤γ≤70° （3-2-5） 本实验所构成的二阶系统符合式（3-2-5）要求。 被测系统模拟电路图的构成如图1所示。 图1 实验电路 本实验将数/模转换器（B2）单元作为信号发生器，自动产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化（0.5Hz~16Hz ），OUT2输出施加于被测系统的输入端r (t)，然后分别测量被测系统的输出信号的开环对数幅值和相位，数据经相关运算后在虚拟示波器中显示。 实验步骤： （1）将数/模转换器（B2）输出OUT2作为被测系统的输入。 （2）构造模拟电路：安置短路套及测孔联线表同笫3.2.2 节《二阶闭环系统的频率特性曲线测试》。 （3）运行、观察、记录： ① 将数/模转换器（B2）输出OUT2作为被测系统的输入，运行LABACT 程序，在界面 的自动控制菜单下的线性控制系统的频率响应分析-实验项目，选择二阶系统，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始，实验开始后，实验机将自动产生0.5Hz~16H 等多种频率信号，等待将近十分钟，测试结束后，观察闭环对数幅频、相频曲线和幅相曲线。 ② 待实验机把闭环频率特性测试结束后，再在示波器界面左上角的红色‘开环’或‘闭
经典自控实验报告
控制理论： 实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真 1. 比例（P ）环节 1.1 实验电路 图中后一个单元为反相器，其中R 0=200K 。 1.2 实验设备 阶跃信号发生器(单位阶跃输入)；电路单元U 6，U 12；直流数字电压表(测输入电压)；“THBDC-1”软件 1.3实验数据及实验响应曲线 R 1=100K ，R 2=200K(K=2)，R 0=200K 时 红色曲线为输入u i ，蓝色曲线为输出u o 。 注：为了更好的观测实验曲线，实验时可适当调节软件上的分频系数(一般调至刻度2)和“ ” 按钮(时基自动)，以下实验同样。 2. 积分（I ）环节 2.1 实验电路 图中后一个单元为反相器，其中R 0=200K 。 2.2 实验设备 阶跃信号发生器(单位阶跃输入)，电路单元U 6，U 12，直流数字电压表(测输入电压)，
“THBDC-1”软件 2.3实验数据及实验响应曲线 R=100K，C=10 uF，R0=200K ，(T=RC=100K×10uF=1)时, 红色曲线为输入u i，蓝色曲线为输出u o。 注：当实验电路中有积分环节时，实验前一定要用锁零单元进行锁零。 3. 比例积分(PI)环节 3.1 实验电路 图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。 3.2实验设备 阶跃信号发生器(单位阶跃输入)，电路单元U6，U12，直流数字电压表(测输入电压)，“THBDC-1”软件 3.3实验数据及实验响应曲线 R1=100K，R2=100K，C=10uF ，R0=200K ，(K= R2/ R1=1,T=R1C=100K×10uF=1)时 红色曲线为输入u i，蓝色曲线为输出u o。 4. 比例微分(PD)环节
自控实验二
《自动控制理论》 实验报告 专业：电气工程及其自动化班号：1406111 学号：1140610217 姓名：田晨晨 电气工程及其自动化实验中心二零一六年十一月二十四日
实验五 线性系统的时域分析 一、实验目的 1、学会使用MATLAB 绘制控制系统的单位阶跃响应曲线； 2、研究二阶控制系统中 、 对系统阶跃响应的影响 3、掌握系统动态性能指标的获得方法及参数对系统动态性能的影响。 二、 实验设备 Pc 机一台，MATLAB 软件。 三、实验内容 1、已知二阶单位反馈闭环传递函数系统： 求：（1）当 及 时系统单位阶跃响应的曲线。 （2）从图中求出系统的动态指标: 超调量M p 、上升时间t p 及过渡过程调 节时间t s 。 （3）分析二阶系统中 、 的值变化对系统阶跃响应曲线的影响。 4.0=n ω,3 5.0=ξ，P M =0.31，s t =27.5S,p t =3.48S 4.0=n ω,5.0=ξ， P M =0.16，s t =20.2S,p t =4.1S ξ越大，超调量越小，调节时间越短，上升时间越长
2.0=n ω,35.0=ξ，P M =0.31，s t =54.9S,p t =6.95S 6.0=n ω,35.0=ξ，P M =0.31，s t =18.3S,p t =2.33S n ω越大，上升时间越小，调节时间越小，超调量不变 2、已知三阶系统单位反馈闭环传递函数为 求： （1） 求取系统闭环极点及其单位阶跃响应，读取动态性能指标。 闭环极点：1234,1,1S S i S i =-=-+=-- 1.03, 3.64,0.27p s P t S t S M === 改变系统闭环极点的位置
自动控制原理实验1-6
实验一MATLAB 仿真基础 一、实验目的： （1）熟悉MATLAB 实验环境，掌握MATLAB 命令窗口的基本操作。 （2）掌握MATLAB 建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法。 （3）掌握使用MATLAB 命令化简模型基本连接的方法。 （4）学会使用Simulink 模型结构图化简复杂控制系统模型的方法。 二、实验设备和仪器 1．计算机；2. MATLAB 软件 三、实验原理 函数tf ( ) 来建立控制系统的传递函数模型，用函数printsys ( ) 来输出控制系统的函数，用函数命令zpk ( ) 来建立系统的零极点增益模型，其函数调用格式为：sys = zpk ( z, p, k )零极点模型转换为多项式模型[num , den] = zp2tf ( z, p, k ) 多项式模型转化为零极点模型 [z , p , k] = tf2zp ( num, den ) 两个环节反馈连接后，其等效传递函数可用feedback ( ) 函数求得。 则feedback （）函数调用格式为： sys = feedback （sys1, sys2, sign ） 其中sign 是反馈极性，sign 缺省时，默认为负反馈，sign ＝-1；正反馈时，sign ＝1；单位反馈时，sys2＝1，且不能省略。 四、实验内容： 1.已知系统传递函数，建立传递函数模型 2.已知系统传递函数，建立零极点增益模型 3．将多项式模型转化为零极点模型 1 2s 2s s 3s (s)23++++=G )12()1()76()2(5)(332 2++++++= s s s s s s s s G 12s 2s s 3s (s)23++++= G )12()1()76()2(5)(3322++++++=s s s s s s s s G
一阶二阶自控原理实验报告
成绩 北京航空航天大学 自动控制原理实验报告 学院自动化科学与电气工程学院 专业方向电气工程及其自动化 班级120311 学号12031019 学生姓名毕森森 指导教师 自动控制与测试教学实验中心
实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 实验时间2014.10.28 实验编号29 同组同学无 一、实验目的 1. 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。 2. 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。 3. 学习阶跃响应的测试方法。 二、实验内容 1. 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。 2. 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。 三、实验原理 1．一阶系统：系统传递函数为： 模拟运算电路如图1- 1所示： 图 1- 1 由图 1-1得 在实验当中始终取R 2= R 1 ，则K=1，T= R 2 C，取时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1。 2．二阶系统: 其传递函数为： 令=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示： 图1-2 根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示：
图1-3 取R 2C 1=1 ，R 3C 2 =1，则及ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1 四、实验设备 HHMN-1电子模拟机一台、PC 机一台、数字式万用表一块 五、实验步骤 1. 确定已断开电子模拟机的电源，按照实验说明书的条件和要求，根据计算的电阻电容值，搭接模拟线路； 2. 将系统输入端 与D/A1相连，将系统输出端 与A/D1相； 3. 检查线路正确后，模拟机可通电； 4. 双击桌面的“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。 5. 在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出的对话框中阶跃信号幅值选1伏，单击按钮“硬件参数设置”，弹出“典型环节参数设置”对话框，采用默认值即可。 6. 单击“确定”，进行实验。完成后检查实验结果，填表记录实验数据，抓图记录实验曲线。 六、实验结果 1、一阶系统。
自控实验1
实验报告 课程名称：___自动控制理论实验____________指导老师：_ 吴越__ _成绩：实验名称： 典型环节的模拟电路 实验类型：_ __________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 实验1 典型环节的模拟电路 一. 实验目的 1.熟悉慢扫描示波器的性能和使用方法； 2.掌握典型环节的电模拟方法及其参数测试方法； 3.测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响。 二，实验内容 1，了解双线示波器的使用方法和性能； 2，画出测试电路图及典型环节的模拟电路图； 3，观察并记录s 5.0/1s G =）（环节的动态波形，)1/(2s 1+=s G ）（和)15.0/(1s 2+=s G ）（；积分环节：s s G s s G 5.0/1)(2/1)(1==和比例积分环节s s G s S G 5.0/12)(2/11)(1+=+=和；观察并记录比例积分微分环节的动态波形。 三，实验仪器设备 1.电子模拟实验装置一台 2.超低频慢扫描示波器一台 3.万用表一只 四，实验原理 本实验采用复合网络来模拟各种典型环节，即是设置运算放大器不同的输入网络和反馈网络来模拟各种典型环节,根据实域等效电路来求各典型环节的等效模拟电路电路。 五，实验数据记录 1.(1))1/(2s 1+=s G ）（对应R3=1000K,R2=500K,C=1UF
阶跃脉冲为+4.5V输入时，稳定输出值为-9.0V，时间τ=2.0S (2),)1 =s G） （: 2+ s /( 5.0 1 R3=500k，R2=500K,C=1UF 输入阶跃脉冲为+4.5V时，稳定输出值为-4.5V，时间常数τ=1.0s
自动控制原理_实验2(1)
实验二 线性系统时域响应分析 一、实验目的 1．熟练掌握step( )函数和impulse( )函数的使用方法，研究线性系统在 单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。 2．通过响应曲线观测特征参量ζ和n ω对二阶系统性能的影响。 3．熟练掌握系统的稳定性的判断方法。 二、基础知识及MATLAB 函数 （一）基础知识 时域分析法直接在时间域中对系统进行分析，可以提供系统时间响应的全部 信息，具有直观、准确的特点。为了研究控制系统的时域特性，经常采用瞬态响应（如阶跃响应、脉冲响应和斜坡响应）。本次实验从分析系统的性能指标出发，给出了在MATLAB 环境下获取系统时域响应和分析系统的动态性能和稳态性能的方法。 用MATLAB 求系统的瞬态响应时，将传递函数的分子、分母多项式的系数分 别以s 的降幂排列写为两个数组num 、den 。由于控制系统分子的阶次m 一般小于其分母的阶次n ，所以num 中的数组元素与分子多项式系数之间自右向左逐次对齐，不足部分用零补齐，缺项系数也用零补上。 1．用MATLAB 求控制系统的瞬态响应 1） 阶跃响应 求系统阶跃响应的指令有： step(num,den) 时间向量t 的范围由软件自动设定，阶跃响应曲线随 即绘出 step(num,den,t) 时间向量t 的范围可以由人工给定（例如t=0:0.1:10） [y ，x]=step(num,den) 返回变量y 为输出向量，x 为状态向量 在MATLAB 程序中，先定义num,den 数组，并调用上述指令，即可生成单位 阶跃输入信号下的阶跃响应曲线图。 考虑下列系统： 25 425)()(2++=s s s R s C 该系统可以表示为两个数组，每一个数组由相应的多项式系数组成，并且以s 的降幂排列。则MATLAB 的调用语句：
自动控制实验报告.
计算机控制原理实验报告 姓名：房甜甜 学号：130104010072 班级：计算机三班 指导教师：胡玉琦 完成时间：2015年10月11日
实验一 二阶系统闭环参数n ω和ξ对时域响应的影响 一、实验目的 1.研究二阶系统闭环参数 n ω和ξ对时域响应的影响 2.研究二阶系统不同阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。 二、实验要求 1. 从help 菜单或其它方式，理解程序的每个语句和函数的含义； 2.分析ξ对时域响应的影响，观察典型二阶系统阻尼系数ξ在一般工程系统中的选择范围； 三、实验内容 1、如图1所示的典型二阶系统，其开环传递函数为) 2s(s G(S)2n n ξωω+=，其中，无阻尼自 然震荡角频率n ω=1，ξ为阻尼比，试绘制ξ分别为0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.9, 1.2, 1.5时，其单位负反馈系统的单位阶跃响应曲线（绘制在同一张图上）。 图1 典型二阶系统方框图 2、程序代码 wn=1; sigma=[0,0.2,0.4,0.6,0.9,1.2,1.5];(1) num=wn*wn; t=linspace(0,20,200)';(2) for j=1:7(3) den=conv([1,0],[1,2*wn*sigma(j)]);(4) s1=tf(num,den);(5) sys=feedback(s1,1)(6); y(:,j)=step(sys,t);(7) end plot(t,y(:,1:7));(8) grid;(9) gtext('sigma=0');(10) gtext('sigma=0.2'); gtext('sigma=0.4'); ) 2s(s 2 n n ξωω+ R(s) C(s)
自动控制实验二
实验二 控制系统的根轨迹绘制与性能分析 一、实验目的 1、利用计算机完成控制系统的根轨迹作图。 2、了解控制系统根轨迹图的一般规律。 3、利用根轨迹进行系统分析。 二、实验设备 PC 机，MATLAB 仿真软件。 三、实验内容 1、作系统)2)(1()(01++= s s s k s G g 的根轨迹图，记录并观察曲线，依此分析系统的性能。 2、作系统)164)(1() 1()(202++-+=s s s s s k s G g 的根轨迹图，记录并观察曲线，依 此分析系统的性能。 3、作系统)2()3()(03++= s s s k s G g 的根轨迹图，记录并观察曲线，依此分析系统 的性能。 四、实验步骤 给定如下系统的开环传递函数，作出它们的根轨迹图，并完成给定要求。 1． )2)(1()(01++=s s s k s G g 解：程序如下 clc clear close all k=1; z=[]; p=[0,-1,-2]; [num,den]=zp2tf(z,p,k) printsys(num,den) figure(1) rlocus(num,den) title('rlocus(num,den)') 根轨迹图如下所示
图2.1 (a ）根轨迹的条数有3条。红色一条的起点为-2，终点为无穷；绿色一条的起点为-1，终点为无穷；蓝色一条的起点为0，中点为无穷。 (b)根轨迹的分离点为（-0.423，0）；相应的根轨迹增益为0.385。 (c)临界稳定时的根轨迹增益为6.0。 2． )164)(1() 1()(202++-+=s s s s s k s G g 解：程序如下： clc clear close all k=1; num=[1,1]; den=[1,3,12,-16,0]; printsys(num,den) figure(1) rlocus(num,den) title('rlocus(num,den)')
自控实验报告-系统校正
西安邮电学院 自动控制原理 实验报告
实验三系统校正 一，实验目的 1.了解和掌握系统校正的一般方法。 2.熟悉掌握典型校正环节的模拟电路构成方法。二．实验原理及电路 1.未校正系统的结构方框图 图1 2.校正前系统的参考模拟方框图 图2 3.校正后系统的结构方框图
图3 4.校正后系统的模拟电路图 图4 三．实验内容及步骤 1.测量未校正系统的性能指标 （1）按图2接线 （2）加入阶跃电压观察阶跃响应曲线，并测出超调量和调节时间，并将曲线和参数记录出来。 2.测量校正系统的性能指标 （1）按图4接线
（2）加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量以及调节时间。 四．实验结果 未校正系统 理论值σ% = 60.4% t s = 3.5s 测量值σ% = 60% t s = 2.8s 校正后系统 理论值σ% = 16.3% t s = 0.35s 测量值σ% = 5% t s = 0.42s
五．心得体会 在课本的第六章，我们学习了线性系统的校正方法，包括串联校正、反馈校正以及复合校正等矫正方法，相对于之前学习的内容，理解起来相对难一些，做起实验来也不容易上手。试验期间，遇到了很多难题，反复调整修改甚至把连接好的电路全都拆了重连，最后终于完成了实验。相对于之前的几次试验，这次实验师最让人头疼的，幸好之前积累了些经验，才使得我们这次实验的时候不至于手忙脚乱，但是也并不轻松。 虽然遇到的困难很多，但是我们却收获的更多，线性系统的校正是自动控制原理中重要的部分，通过理论课的学习，再加上实验课的实践，我终于对这些内容有个系统的理解。
自控实验报告华中科技大学
自 动 控 制 原 理 实 验 报 告 实验九/十 自动化学院 班级：测控技术与仪器1301 姓名：陈梦焱 学号：U201314488
实验报告： 1.模拟继电特性 理想继电特性 理想死区特性数学描述： 分析： 我们看到模拟输出的继电特性的输出是从一点缓慢增加，逐渐趋于一个定值，而数字继电特性便是标准的继电特性图像，实验中采用了稳压二极管，具有正向导通反向截至的特性，5-5.7伏变化，于是产生了缓慢变化的过程，最后正向导通电压输出为稳定值。
2.模拟饱和特性 理想饱和特性 理想饱和特性数学描述： Y= 分析： 我们看到模拟输出的饱和特性的输出是开始增加过程为近似线性，而后没有明显的拐点，缓慢的到达饱和定值，而数字饱和特性便是标准的饱和特性图像，还是稳压二极管的原因，（讨论正向情况，反向同理）电压输入刚开始值比较小，未达到稳压二极管正向导通电压，相当于开路，通过与其并联的电阻输出，近似线性。二极管两端到达5V以后，逐渐导通，输出呈现非线性，5.7V以后二极管相当于导线将并联电阻短路，输出电压呈现稳定值，即为饱和。
3.死区特性 模拟死区特性： 数字死区特性： 数学描述： 分析：两图无差别，实验电路纯电阻电路，误差很小，可近似理想情况。
4.模拟间隙特性 数字间隙特性 间隙特性数学描述： 分析： 模拟间隙特性在两拐点均会产生一定的偏移，这是由于实验电路中有电容的存在，当电压由正向反偏的时候，电容会有充放电过程，导致拐点电位偏移，这也是为什么我们在实验的时候要按住锁零按钮3S的原因。
思考题： 1.一般继电特性在什么情况下可以分别近似为间隙特性和死区特性？ 带死区的继电特性： 带回环的继电特性： ??? ??? ?-<<<>--><>>=0000,0,0,,0,0,)(e e e e e e M e e e e e e M t x 由图可知，当继电特性存在定值的稳态误差时就可以近似为死区特性看待，而继电特性存在定值的稳态误差并且前一状态变量的正负有变化的时候可以近似等效为间隙特性看待。 实验心得与体会： 这次实验是让我们通过模拟电路实现各种非线性的特性再通过数字电路直接产生来作比较，我们看到，在实际的模拟电路中总会因为器件原因使器材不能满足理想的特性曲线，而带来一些问题，二极管存在导通电压，电容具有充放电效应，通过这次实验我更加深入的了解了各种非线性的产生和理想化模型和实际问题之间的区别，而实际中为了更近似理想化要用一些补偿措施去达到近似目的，减小误差。这次实验我也更深入了解了自动控制原理的含义。
最新上海大学自控实验复习
1、用计算机进行控制原理实验优点： ①计算机具有良好的图形界面，实验中可以得到各种图形和曲线，可以直观地了解系统的变化和特性；②计算机上用程序实现各种实验，可以很方便地改变系统的参数，并且得到系统响应的结果；③随着计算机技术的发展，计算机功能越来越强，可以在计算机上实现各种经典、现代控制理论实验；在计算机上开发实验成本体，易于升级换代，不断更新补充新的实验内容。 2、各种仿真语言特点： ①操作简单，使用方便；②系统软件标准化，便于在各种类型计算机上推广使用；③功能强，适应各种类型系统的仿真；④语言简单易学 3、数字仿真：指建立一个系统（或过程）的可以计算的模型，并把它放到数字计算机上进行仿真研究的全过程 4、数字仿真步骤 ①描述问题，建立数学模型（一般用微分方程或描述函数表示）；②准备仿真模型；③画出实验仿真模型的流程图，并用通用语言或仿真语言编程；④验证模型；⑤运行仿真模型，试验不同初始条件和参数下系统的响应 5、MATLAB优点：
①强大的矩阵运算能力；②良好的图形处理能力 实验一——线性控制系统串联超前校正 实验结果分析：串联超前校正装置可以改善系统的动态性能，减小超调量和调节时间 1、什么是系统的校正？其目的作用是什么？ 答：校正就是通过改变系统结构或在系统中增加附加装置或元件对已有系统进行再设计使之满足性能要求，目的是改善系统的动态性能和稳态性能，是满足各项性能指标。 2、串联校正的三种形式各有何特点？适用于什么场合？ 答：超前校正：利用相角超前特性，提高系统相角裕度和截止频率，改善系统的稳定性和快速性；适合于对抗噪声要就不高对响应速度要求高的系统 滞后校正：利用滞后网络的高频幅值衰减特性，减小截止频率，并得到较大相稳定裕度。适合于响应速度要求不高，但抗噪声要求高的系统。 超前-滞后校正：使相稳定裕度增大，减小超调量响应速度快，抑制
自控实验2：典型环节的电路控制
实验报告 课程名称：自动控制原理 实验名称：二阶系统的瞬态响应 院（系）：能源与环境学院专业：热能与动力工程姓名：谭强学号：03009224 实验时间：2011 年11 月9日 评定成绩：审阅教师：
一、实验目的 1. 通过实验了解参数ζ(阻尼比)、n ω(阻尼自然频率)的变化对二阶系统动态性能的影响； 2. 掌握二阶系统动态性能的测试方法。 二、实验内容、原理 1. 二阶系统的瞬态响应 用二阶常微分方程描述的系统，称为二阶系统，其标准形式的闭环传递函数为 2 2 2 2)()(n n n S S S R S C ωζωω++= (2-1) 闭环特征方程：022 2=++n n S ωζω 其解 12 2,1-±-=ζωζωn n S ， 针对不同的ζ值，特征根会出现下列三种情况： 1）0<ζ<1（欠阻尼），22,11ζωζω-±-=n n j S 此时，系统的单位阶跃响应呈振荡衰减形式，其曲线如图2-1的(a)所示。它的数学表达式为： 式中2 1ζωω-=n d ，ζ ζβ21 1-=-tg 。 2）1=ζ（临界阻尼）n S ω-=2,1 此时，系统的单位阶跃响应是一条单调上升的指数曲线，如图2-1中的(b)所示。 3）1>ζ（过阻尼），122,1-±-=ζωζωn n S 此时系统有二个相异实根，它的单位阶跃响应曲线如图2-1的(c)所示。 (a) 欠阻 尼(0<ζ<1) (b)临界阻尼(1=ζ) (c)过阻尼(1>ζ) 图2-1 二阶系统的动态响应曲线 ) t (Sin e 111)t (C d t 2 n βωζζω+--=-
虽然当ζ=1或ζ>1时，系统的阶跃响应无超调产生，但这种响应的动态过程太缓慢，故控制工程上常采用欠阻尼的二阶系统，一般取ζ=0.6~0.7，此时系统的动态响应过程不仅快速，而且超调量也小。 2. 二阶系统的典型结构 典型的二阶系统结构方框图和模拟电路图如2-2、如2-3所示。 图2-2 二阶系统的方框图 图2-3 二阶系统的模拟电路图（电路参考单元为：U 7、U 9、U 11、U 6） 图2-3中最后一个单元为反相器。 由图2-4可得其开环传递函数为： )1S T (S K )s (G 1+= ，其中：21T k K =， R R k X 1= (C R T X 1=，RC T 2=) 其闭环传递函数为： 1 12 1 T K S T 1S T K )S (W + += 与式2-1相比较，可得 RC 1T T k 211n == ω，X 112R 2R T k T 21= =ξ 三、实验步骤 根据图2-3，选择实验台上的通用电路单元设计并组建模拟电路。 1. n ω值一定时，图2-3中取C=1uF ，R=100K(此时10=n ω)，Rx 为可调电阻。系统输入一 单位阶跃信号，在下列几种情况下，用“THBDC-1”软件观测并记录不同ξ值时的实验曲线。 1.1取R X =200K 时，ζ=0.25，系统处于欠阻尼状态，其超调量为45%左右； 1.2取R X =100K 时，ζ=0.5，系统处于欠阻尼状态，其超调量为16.3%左右； 1.3取R X =51K 时，ζ=1，系统处于临界阻尼状态；
自动控制实验指导书
第一章THBCC-1型控制理论实验平台硬件组成及使用 一、直流稳压电源 “THBCC-1”实验平台有两个直流稳压电源，主要用于给实验平台提供电源。其中一个直流稳压电源有±5V/0.5A、±15V/0.5A及+24V/1.0A五路，每路均有短路保护自恢复功能。它们的开关分别由相应的钮子开关控制，并由相应发光二极管指示。其中+24V主要用于温度控制单元和直流电机单元。 实验前，启动实验平台左侧的空气开关和实验台上的电源总开关。并根据需要将±5V、±15V钮子开关拔到“开”的位置。 另一个直流稳压电源的功能与前一个相比，是无+24V直流电源。 实验时，也可通过2号连接导线将直流电压接到需要的位置。 二、阶跃信号发生器 “THBCC-1”实验平台有两个阶跃信号发生器，主要提供实验时的给定阶跃信号，其输出电压范围约为-10V~+10V，正负档连续可调。使用时根据需要可选择正输出或负输出，具体通过“阶跃信号发生器”单元的钮子开关来实现。当按下复位按钮时，单元的输出端输出一个可调(选择正输出时，调节RP1电位器；选择负输出时，调节RP2电位器)的阶跃信号(当输出电压为1V时，即为单位阶跃信号)，实验开始；当不按复位按钮时，单元的输出端输出电压为0V。 注：单元的输出电压可通过实验台上左面板的直流数字电压表来进行测量，同时可通过2号连接导线将阶跃信号接到需要的位置 三、函数信号发生器 “THBCC-1”实验平台有两个函数信号发生器，一个为低频函数信号发生器，主要用于低频信号输出；另一个为函数信号发生器，主要用于高频输出。 低频函数信号发生器由单片集成函数信号发生器专用芯片及外围电路组合而成，主要输出有正弦信号、三角波信号、方波信号、斜坡信号和抛物坡信号（其中斜坡、抛物坡信号在T1档输出）。输出频率分为T1、T2、T3三档。其中正弦信号的频率范围分别为0.1Hz～3.3Hz、2Hz～70Hz、64Hz～2.5KHz三档，V p-p值为14V。 使用时先将信号发生器单元的钮子开关拔到“开”的位置，并根据需要选择合适的波形及频率的档位，然后调节“频率调节”和“幅度调节”微调电位器，以得到所需要的频率和幅值，并通过2号连接导线将其接到需要的位置。 而用于高频输出的函数信号发生器主要输出有正弦信号、三角波信号、方波信号，输出频率分为T1、T2、T3三档，其中正弦波频率可达90k左右，V p-p值为14V。 四、锁零按钮 锁零按钮用于实验前运放单元中电容器的放电。当按下按钮时，通用单元中的场效应管处于短路状态，电容器放电，让电容器两端的初始电压为0V；当按钮复位时，单元中的场效应管处于开路状态，此时可以开始实验。 注：在实验时，必须用2号导线将通用单元（U3～U14）的G输出端与U0输出端相连时，锁零按钮才有效。 五、频率计 “THBCC-1”实验平台有两个频率计，一个为低频频率计，主要用于测量低频函数信号
自控原理实验一二
实验一 线性系统时域特性分析 一、实验目的 1．掌握测试系统响应曲线的模拟实验方法。 2．研究二阶系统的特征参量ζ阻尼比和n ω自然频率对阶跃响应瞬态指标的影响。 二、实验设备与器件 计算机一台，NI ELVIS Ⅱ多功能虚拟仪器综合实验平台一套，万用表一个，通用型运算放大器4个，电阻若干，电容若干，导线若干。 三、实验原理 典型二阶系统开环传递函数为：) 2()1()(2 n n s s Ts s K s G ζωω+=+= ，一种是时间常数 表达式，一种是零极点表达式。时间常数表达式中包含三个环节：比例、积分和一阶惯性环节。其中，K 开环放大系数，T 为一阶惯性环节的时间常数。零极点表达式中包含两个特征参数：ζ阻尼比和n ω自然频率。二阶系统的瞬态性能就由特征参数ζ和n ω决定。 典型二阶系统方块图如图1-1所示，系统闭环传递函数为： ) ()1()(2)() (10112 101222T T K s s T T K s s s R s C n n n ++=++=ωζωω ， 图1-1典型二阶系统方块图 阻尼比与自然频率为： 110 1 01 1 1 212121K T T T T K T T n = == ωζ， 1 01T T K n =ω 典型环节与模拟电路的阻容参数的关系如下： 积分环节 S T 01 ：000C R T = 一阶惯性环节1 11 +S T K ：f f C R T =1，i f R R K =1 四、实验内容
Cf 图1-2二阶系统闭环模拟电路图 1．已知系统的模拟电路如图1-2所示，在NI ELVIS Ⅱ教学实验板上，利用运算放大器、电阻、电容自行搭建二阶模拟闭环系统。阶跃信号由实验板模拟量输出接口AO0输出，接到二阶系统的输入端。将二阶系统的输入端与输出端分别接实验板模拟量输入接口AI0(+)与AI1(+)，采样阶跃输入信号与二阶系统的阶跃响应信号。 搭建模拟电路时，应特别注意：运算放大器的Vcc 与Vee 分别接实验板的+15V 与-15V ，正输入端IN+应接实验板的Ground ，实验板模拟量输入接口AI0(-)与AI1(-)应接实验板的Ground ，电容负端接运放负端输入IN-。 2．写出下面二阶系统6组参数的开环传递函数，测量并记录下每组参数的阶跃响应曲线，标出各组曲线的超调量P M 、峰值时间p t 、调节时间s t （2=?）的测量值，与理论值进行比较。将曲线①②③④组曲线进行对比，①⑤⑥组进行对比分析。 ① 1=n ω不变，取2.0=ζ Ω=k R i 200，Ω=k R f 500，F C f μ5=， Ω=k R 5000，F C μ20= ② 1=n ω不变，取5.0=ζ Ω=k R i 200，Ω=k R f 200，F C f μ5=， Ω=k R 5000，F C μ20= ③ 1=n ω不变，取1=ζ Ω=k R i 200，Ω=k R f 100，F C f μ5=， Ω=k R 5000，F C μ20= ④ 1=n ω不变，取0=ζ Ω=k R i 200，∞=f R ，F C f μ5=， Ω=k R 5000，F C μ20= ⑤ 2.0=ζ不变，取5.0=n ω
自动控制原理实验(全面)
自动控制原理实验 实验一 典型环节的电模拟及其阶跃响应分析 一、实验目的 ⑴ 熟悉典型环节的电模拟方法。 ⑵ 掌握参数变化对动态性能的影响。 二、实验设备 ⑴ CAE2000系统（主要使用模拟机，模/数转换，微机，打印机等）。 ⑵ 数字万用表。 三、实验内容 １．比例环节的模拟及其阶跃响应 微分方程 )()(t Kr t c -= 传递函数 = )(s G ) () (s R s C K -= 负号表示比例器的反相作用。模拟机排题图如图9-1所示，分别求取K=1，K=2时的阶跃响应曲线，并打印曲线。 图9-1 比例环节排题图 图9-2 积分环节排题图 ２．积分环节的模拟及其阶跃响应 微分方程 )() (t r dt t dc T = 传递函数 s K Ts s G ==1)( 模拟机排题图如图9-2所示，分别求取K=1，K=0.5时的阶跃响应曲线，并打印曲线。 ３．一阶惯性环节的模拟及其阶跃响应 微分方程 )()() (t Kr t c dt t dc T =+ 传递函数 1 )(+=TS K S G 模拟机排题图如图３所示，分别求取K=1, T=1; K=1, T=2; K=2, T=2 时的阶跃
响应曲线，并打印曲线。 ４．二阶系统的模拟及其阶跃响应 微分方程 )()() (2)(2 22 t r t c dt t dc T dt t c d T =++ξ 传递函数 121 )(22++=Ts s T s G ξ2 2 2 2n n n s s ωξωω++= 画出二阶环节模拟机排题图，并分别求取打印： ⑴ T=1，ξ=0.1、0.5、1时的阶跃响应曲线。 ⑵ T=2，ξ=0.5 时的阶跃响应曲线。 四、实验步骤 ⑴ 接通电源，用万用表将输入阶跃信号调整为2V 。 ⑵ 调整相应系数器；按排题图接线，不用的放大器切勿断开反馈回路（接线时，阶跃开关处于关断状态）；将输出信号接至数/模转换通道。 ⑶ 检查接线无误后，开启微机、打印机电源；进入CAE2000软件，组态A/D ，运行实时仿真；开启阶跃输入信号开关，显示、打印曲线。 五．实验预习 ⑴ 一、二阶系统的瞬态响应分析；模拟机的原理及使用方法（见本章附录）。 ⑵ 写出预习报告；画出二阶系统的模拟机排题图；在理论上估计各响应曲线。 六．实验报告 ⑴ 将每个环节的实验曲线分别整理在一个坐标系上，曲线起点在坐标原点上。分析各参数变化对其阶跃响应的影响，与估计的理论曲线进行比较，不符请分析原因。 ⑵ 由二阶环节的实验曲线求得σ﹪、t s 、t p ，与理论值进行比较，并分析σ﹪、t s 、t p 等和T 、ξ的关系。 实验二 随动系统的开环控制、闭环控制及稳定性 一．实验目的 了解开环控制系统、闭环控制系统的实际结构及工作状态；控制系统稳定的概念以及系统开环比例系数与系统稳定性的关系。 二．实验要求 能按实验内容正确连接实验线路，正确使用实验所用测试仪器，在教师指导下独立
自动控制原理实验——二阶系统的动态过程分析
实验二二阶系统的动态过程分析 一、 实验目的 1. 掌握二阶控制系统的电路模拟方法及其动态性能指标的测试技术。 2. 定量分析二阶系统的阻尼比ξ和无阻尼自然频率n ω对系统动态性能的影响。 3. 加深理解“线性系统的稳定性只与其结构和参数有关，而与外作用无关”的 性质。 4. 了解和学习二阶控制系统及其阶跃响应的Matlab 仿真和Simulink 实现方法。 二、 实验内容 1. 分析典型二阶系统()G s 的ξ和n ω变化时，对系统的阶跃响应的影响。 2. 用实验的方法求解以下问题： 设控制系统结构图如图2.1所示，若要求系统具有性能： %20%,1,p p t s σσ=== 试确定系统参数K 和τ，并计算单位阶跃响应的特征量d t ，r t 和s t 。 图2.1 控制系统的结构图 3. 用实验的方法求解以下问题： 设控制系统结构图如图2.2所示。图中，输入信号()r t t θ=，放大器增益A K 分别取13.5，200和1500。试分别写出系统的误差响应表达式，并估算其性能指标。 图2.2 控制系统的结构图
三、实验原理 任何一个给定的线性控制系统，都可以分解为若干个典型环节的组合。将每个典型环节的模拟电路按系统的方块图连接起来，就得到控制系统的模拟电路图。 通常，二阶控制系统 2 22 () 2 n n n G s s ω ξωω = ++ 可以分解为一个比例环节、一个惯性环节和一个积分环节，其结构原理如图 2.3所示，对应的模拟电路图如图2.4所示。 图2.3 二阶系统的结构原理图 图2.4 二阶系统的模拟电路原理图 图2.4中：()(),()() r c u t r t u t c t ==-。 比例常数（增益系数）2 1 R K R =，惯性时间常数 131 T R C =，积分时间常数242 T R C =。其闭环传递函数为： 12 2 21 112 () 1 ()(1) c r K U s TT K K U s T s T s K s s T TT == ++++ (0.1) 又：二阶控制系统的特性由两个参数来描述，即系统的阻尼比ξ和无阻尼自然频