自动控制原理实验指导书

自动控制原理

实

验

指

导

书

信息工程学院自动化教研室

目录...................................................... 错误！未定义书签。第一章虚拟示波器........................................... 错误！未定义书签。

第一节虚拟示波器的类型................................. 错误！未定义书签。

第二节虚拟示波器的使用................................. 错误！未定义书签。第二章自动控制原理实验..................................... 错误！未定义书签。

实验一典型环节的模拟研究............................... 错误！未定义书签。

实验二典型二阶系统瞬态响应和稳定性 (12)

实验三控制系统的频率特性 (15)

实验四系统校正 (20)

实验五典型非线性环节 (24)

附录一 LCAACT集成调试环境 (31)

第一节 LCAACT软件界面介绍 (31)

第二节第二节 88串行监控命令 (43)

第三节 LCAACT软件调试 (46)

第四节快速入门 (48)

第一章虚拟示波器

第一节虚拟示波器的类型

虚拟示波器的类型

为了满足自动控制不同实验的要求我们提供了示波器的三种使用方法。

（1）示波器的一般用法

（2）幅频相频示波器的用法

（3）特征曲线的用法

第二节虚拟示波器的使用

一．设置

用户可以根据不同的要求选择不同的示波器，具体设置方法如下：

1．示波器的一般用法：运行LCAACT程序，点击开始即可当作一般的示波器使用。

2. 实验使用：运行LCAACT程序，选择‘自动控制 / 微机控制 / 控制系统’菜单下的相应实验项目，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1、CH2测孔测量波形。

图1-1 虚拟示波器的界面

二．示波器的使用

1．示波器的一般使用

图1-2 虚拟示波器运行界面

图1-2为普通示波器的界面，只要点击开始，示波器就运行了，此时就可以用实验机上CH1和 CH2来观察波形。CH1和 CH2各有输入范围选择开关，当输入电压小于－5v--+5v 应选用x1档，如果大于此输入范围应选用x5挡（表示衰减5倍）。

普通示波器中提供了示波和X-Y两种方式，示波就是虚拟一般示波器的功能，X-Y相当于真实示波器中的X-Y选项，如果需要用X-Y功能，只要选中X-Y选项即可。

在示波器运行时（示波方式下）可以调节‘电压量程’‘CH1位移’‘CH2位移’和‘时间量程’。

再次点击开始后，将停止示波器运行，即可进行波形分析和相关的测量（只保存当前实验的波形）。

1．信号幅值测量：首先应拖动上下滑杆，标定被测信号的电压范围。在两平行线右边的两个黄色块中的数据表示滑杆所在位置的电压值，在两平行线之间的黄色方块（左边）显示的数据即为所测量信号的幅度值。

2．信号时间测量：首先应拖动左右滑杆，标定被测信号的时间范围。在两条垂直线之间的黄色方块显示的数据即为所测量波形的时间值。

3．压缩 / 扩展波形：拖动‘时间量程’即可，相应压缩为X2，X4，…，相反方向即为扩展。

4．移动波形：点击‘前一屏’、‘后一屏’即可移动波形，还可通过中间的‘微调按钮’来调节波形至最佳测量状态。

虚拟普通示波器使用中，本界面还提供了一种更快捷的方式，即在本界面的‘工具栏’中带有‘单迹示波器’项和‘双迹示波器’项。当点击某一项，将可直接弹出该界面。‘单迹示波器’项的频率响应要比‘双迹示波器’项高，将可观察频率达140Hz的信号；‘双迹示波器’项只能观察频率为40Hz的信号。

2．示波器的幅频相频使用

该示波器使用专为自动控制原理实验中实验四控制系统的频率特性设计的，所以运行前应完成实验中硬件的连接。（具体连接参见实验指导书中自动控制原理实验中的实验四）点击“菜单->自动控制 ->控制系统的频率特性 ->幅频特性 / 相频特性 ->开始实验”，示波器就运行了，图1-3为其界面（注意：如果选用幅频相频示波器，‘S ST’不能用“短路套”短接！CH1选‘X5’档！）

图1-3 虚拟示波器幅频相频界面

第二章自动控制原理实验

实验一典型环节的模拟研究

一、实验要求

了解和掌握各典型环节的传递函数及模拟电路图，观察和分析各典型环节的响应曲线。

三．实验内容及步骤

在实验中欲观测实验结果时，可用普通示波器，也可选用本实验机配套的虚拟示波器。

如果选用虚拟示波器，只要运行LCAACT程序，选择自动控制菜单下的典型环节的模拟研究实验项目，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。具体用法参见用户手册中的示波器部分。

1．观察比例环节的阶跃响应曲线

典型比例环节模似电路如图2-1-1所示。该环节在A1单元中分别选取反馈电阻R1=100K 、200K 来改变比例参数。

图2-1-1 典型比例环节模似电路

实验步骤：注：‘S ST’不能用“短路套”短接！

（1）将信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V 作为系统的输入信号（Ui ）。（2）安置短路套、联线，构造模拟电路：

（a ）安置短路套

（b ）测孔联线

（3）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT （Uo ）。

注：CH1选‘X1’档，CH2置‘0’ 档。（4）运行、观察、记录：

按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+5V 阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo ）的实际响应曲线Uo （t ），且将结果记下。改变比例参数（改变运算模拟单元A1的反馈电阻R1），重新观测结果,其实际阶跃响应曲线见表2-1-1。 2．观察惯性环节的阶跃响应曲线

典型惯性环节模似电路如图2-1-2所示。该环节在A1单元中分别选取反馈电容C =1uf 、2uf 来改变时间常数。

图

1-1-2 典型惯性环节模似电路

实验步骤：注：‘S ST’不能用“短路套”短接！

（1）将信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V 作为系统的信号输入（Ui ）。（2）安置短路套、联线，构造模拟电路：

（a ）安置短路套

（b ）测孔联线

（3）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT （Uo ）。

注：CH1选‘X1’档，CH2置‘

0’ 档。（4）运行、观察、记录：

按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+5V 阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo ）的实际响应曲线Uo （t ），且将结果记下。改变时间常数（改变运算模拟单元A1的反馈反馈电容C ），重新观测结果，其实际阶跃响应曲线见表2-1-1。 3．观察积分环节的阶跃响应曲线

典型积分环节模似电路如图2-1-3所示。该环节在A1单元中分别选取反馈电容C=1uf 、2uf 来改变时间常数。

图2-1-3 典型积分环节模似电路

实验步骤：

（1）为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性方波信号（OUT ），代替信号

发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V 作为系统的信号输入（Ui ）： a ．将函数发生器（B5）中的插针‘S ST ’用短路套短接。 b ．将S1拨动开关置于最上档（阶跃信号）。

c ．信号周期由拨动开关S2和“调频”旋钮调节，信号幅度由“调幅”旋钮调节，以信号幅值小，信号周期较长比较适宜（频率在0.3Hz 左右，幅度在1V 左右）。（2）安置短路套、联线，构造模拟电路：

（a ）安置短路套

（b ）测孔联线

（3）虚拟示波器（B3）的联接：

示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT （

Uo ）。

注：CH1选‘X1’档，CH2置‘0’ 档。（4）运行、观察、记录：

按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+5V 阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo ）的实际响应曲线Uo （t ），且将结果记下。改变时间常数（改变运算模拟单元A1的反馈反馈电容C ），重新观测结果，其实际阶跃响应曲线见表2-1-1。 4．观察比例积分环节的阶跃响应曲

典型比例积分环节模似电路如图2-1-4所示.。该环节在A5单元中分别选取反馈电容C=1uf 、2uf 来改变时间常数。

图2-1-4 典型比例积分环节模似电路

实验步骤：

（1）为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性方波信号（OUT ），代替信号

（a

（b ）测孔联线

（3）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT （Uo ）。

注：CH1选‘X1’档，CH2置‘0’ 档。（4）运行、观察、记录：

按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+5V 阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo ）的实际响应曲线U0（t ），且将结果记下。改变时间常数（改变运算模拟单元A5的反馈反馈电容C ），重新观测结果，其实际阶跃响应曲线见表2-1-1。

★由于虚拟示波器（B3）的频率限制，在作比例积分实验时所观察到的现象不明显时，可适当调整参数。调整方法如下：

将R0=200K 调整为R0=430K 或者R0=330K

，以此来延长积分时间，将会得到明显的效果图。（可将运算模拟单元A5的输入电阻的短路套（S4）去掉，将可变元件库（A7）中的可变电阻跨接到A5单元的H1和IN 测孔上，调整可变电阻继续实验。）

5．观察比例微分环节的阶跃响应曲线

典型比例微分环节模似电路如图2-1-5所示。该环节在A2单元中分别选取反馈电阻R1=10K 、20K 来改变比例参数。

图2-1-5 典型比例微分环节模拟电路

实验步骤：

（1）为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性方波信号（OUT ），代替信号

c ．信号周期由拨动开关S2和“调频”旋钮调节，信号幅度由“调幅”旋钮调节，以信号幅值小，信号周期较长比较适宜（频率在9Hz 左右，幅度在400mv 左右）。（2）安置短路套、联线，构造模拟电路：

（a ）安置短路套

（b

（3）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT （Uo ）。

注：CH1选‘X1’档，CH2置‘0’ 档。（4）运行、观察、记录：

按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+5V 阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo ）的实际响应曲线Uo （t ）,且将结果记下。改变比例参数（改变运算模拟单元A1的反馈电阻R1），重新观测结果，其实际阶跃响应曲线见表2-1-1.。

注意：该实验由于微分的时间太短，如果用虚拟示波器（

B3）观察，必须把波形扩展到最大，但有时仍无法显示微分信号。因此，建议用一般的示波器观察。

6．观察PID （比例积分微分）环节的响应曲线

PID （比例积分微分）环节模似电路如图2-1-6所示。该环节在A2单元中分别选取反馈电阻R1=10K 、20K 来改变比例参数。

图2-1-6 PID （比例积分微分）环节模似电路

实验步骤：

（1）为了避免积分饱和，将函数发生器（B5）所产生的周期性方波信号（OUT ），代替信号

发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V 作为PID 环节的信号输入（Ui ）： a ．将函数发生器（B5）中的插针‘S ST ’用短路套短接。 b ．将S1拨动开关置于最上档（阶跃信号）。

c ．信号周期由拨动开关S2和“调频”旋钮调节，信号幅度由“调幅”旋钮调节，以信号幅值小，信号周期较长比较适宜（频率在9HZ 左右，幅度在400mv 左右）。（2）安置短路套、联线，构造模拟电路：

（a ）安置短路套

（b

（3）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT （Uo ）。

注：CH1选‘X1’档，CH2置‘0’ 档。（4）运行、观察、记录：

用示波器观测A6输出端（Uo ）的实际响应曲线

Uo （t ）,且将结果记下。改变比例参数（改变运算模拟单元A2的反馈电阻R1），重新观测结果。其实际阶跃响应曲线见表2-1-1.。

★注意：该实验由于微分的时间太短，如果用虚拟示波器（B3）观察，必须把波形扩展到最大，但有时仍无法显示微分信号。因此，建议用一般的示波器观察。（本节中所有实验图形都是由TEK 数字示波器观察得到的，仅供参考）。

表2-1-1 典型环节的阶跃响应曲线

表2-1-1

实验二典型二阶系统瞬态响应和稳定性

一、实验要求

了解和掌握典型二阶系统的传递函数和模拟电路图。观察和分析典型二阶系统在欠阻尼，临界阻尼，过阻尼的响应曲线。

二、实验原理

典型二阶系统的方块图及传函数

图2-2-1是典型二阶系统原理方块图，其中T0=1S，T1=0.1S，K1分别为10、5、2.5、1。

图2-2-1 典型二阶系统原理方块图

开环传函：G（S）=K1/S(T1S+1)=K1/S(0.1S+1)

闭环传函：

三．实验内容及步骤

在实验中欲观测实验结果时，可用普通示波器，也可选用本实验机配套的虚拟示波器。如果选用虚拟示波器，只要运行LCAACT 程序，选择自动控制菜单下的典型系统瞬态响应和稳定性实验项目，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。具体用法参见第一章虚拟示波器部分。

1．典型二阶系统瞬态性能指标的测试

典型二阶系统模似电路见图2-2-2。该环节在A3单元中改变输入电阻R 来调整衰减时间。

图2-2-2 典型二阶系统模似电路图

实验步骤：注：‘S ST’不能用“短路套”短接！

（1）用信号发生器（B1）的‘阶跃信号输出’ 和‘幅度控制电位器’构造输入信号（Ui ）：

B1单元中电位器的左边K3开关拨下（GND ），右边K4开关拨下（0/+5V 阶跃）。（2）安置短路套、联线，构造模拟电路：

（a ）安置短路套

（b ）测孔联线

（3）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1接到

A3单元信号输出端OUT （C(t)）。

注：CH1选‘X1’档，CH2置‘0’档。

（4）运行、观察、记录：

阶跃信号输出（B1-2的Y测孔）调整为2V，按下B1按钮，用示波器观察在三种情况下A3输出端C(t)的系统阶跃响应，并记录超调量MP，峰值时间tp和调节时间ts。并将测量值和计算值（实验前必须按公式计算出）进行比较。参数取值及响应曲线，详见表2-2-1。★注意：在作欠阻尼阶跃响应实验时，由于虚拟示波器（B3）的频率限制,无法很明显的观察到正确的衰减振荡图形，此时可适当调节参数。

调节方法：减小运算模拟单元A3的输入电阻R=10K的阻值，延长衰减时间（参考参数：R=2K）。（可将运算模拟单元A3的输入电阻的短路套（S1/S2/S4）去掉，将可变元件库（A7）中的可变电阻跨接到A3单元的H1和IN测孔上，调整可变电阻继续实验。）

★在作该实验时，如果发现有积分饱和现象产生时，即构成积分或惯性环节的模拟电路处于饱和状态，波形不出来，请人工放电。放电操作如下：函数发生器（B5）中插针‘ST S’用短路套短接，将S1的波段开关置于最顶端（阶跃档），等待十秒钟后，然后将‘ST S’的短路套拔下。

表2-2-1 二阶系统在三种情况（欠阻尼，临界阻尼，过阻尼）下的阶跃相应曲线

15.6

注意：为图形统一，所以提供的图形都是向上振荡的但该实验实际情况是当阶跃信号键按下时向下振荡，按键抬起时向上振荡。

实验三控制系统的频率特性

一、实验要求

了解和掌握控制系统的频率特性，学会测量开环对数幅频曲线和相频曲线。

二、实验原理

被测系统的方块图见图2-3-1。

图2-3-1 被测系统方块图

系统（环节）的频率特性G（jw）是一个复变量，可以表示成以角频率w为参数的幅值和相角：

G（jω）=| G（jω）|/G(jω) (2-3-1)

图2-3-1所示系统的开环频率特性为：

（2-3-2）

采用对数幅频特性和相频特性表示，则式（2-3-2）表示为：

三．实验内容及步骤

如果选用虚拟示波器，只要运行LCAACT 程序，选择自动控制菜单下的控制系统的频率特性实验项目，再选择开始扫频实验，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。具体用法参见实验指导书第一章虚拟示波器部分,退出时应按屏幕提示进行。

1．用‘扫频法’测量系统的对数幅频曲线和相频曲线

本实验将数/模转换器（B2）单元作为信号发生器，产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化（0.5Hz~64Hz ），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对数幅值和相位，数据经相关运算后在虚拟示波器中显示。 A ．测量系统的开环对数幅频曲线和相频曲线。

被测系统的模拟电路图见图2-3-2。

图2-3-2 被测系统的模拟电路图

实验步骤：注：‘S ST’不能用“短路套”短接！CH1选‘X5’档！

（1）将数/模转换器（B2）输出OUT2（信号频率范围为0.5Hz~64Hz ）作为系统输入。（2）安置短路套、联线，构造模拟电路：

（a ）安置短路套

（b ）测孔联线

（3）虚拟示波器（B3）的联接：A6单元信号输出端OUT 接CH1，CH1选‘X5

’档。（4）运行、观察、记录：

a．用示波器观察系统各环节波形，避免系统进入非线性状态。

注：由于传函是经拉氏变推导出的，而拉氏变换是一种线性积分运算，因此它适用于线性定常系统工程，所以必须用示波器观察系统各环节波形，避免系统进入非线性状态。

b ．被测系统的开环对数幅频曲线和相频曲线见图2-3-3，具体用法参见第一章虚拟示波器部分。

（a）开环对数幅频曲线

（b）开环对数相频曲线

图2-3-3 被测系统的开环对数幅频曲线和相频曲线

B．测量二阶系统的对数幅频曲线和相频曲线

二阶闭环系统模拟电路图见图1-3-4。

图2-3-4 被测二阶闭环系统模拟电路图

实验步骤：注：‘S ST’不能用“短路套”短接！，CH1选‘X5’档!

（1）将数/模转换器（B2）输出OUT2（信号频率范围为0.5Hz~64Hz）作为系统输入。（2）安置短路套、联线，构造模拟电路：

（a）安置短路套

（b）测孔联线

（3）虚拟示波器（B3）的联接：A6单元信号输出端OUT接CH1，CH1选‘X5’档。

（4）运行、观察、记录：

a．用示波器观察系统各环节波形，避免系统进入非线性状态。

b．被测二阶系统的闭环对数幅频曲线和相频曲线见图2-3-5，具体用法参见第一章虚拟示波器部分。

（a）闭环对数幅频曲线

（b）闭环对数相频曲线

图1-3-5 被测二阶闭环系统的对数幅频曲线和相频曲线

c．被测二阶系统的开环对数幅频曲线和相频曲线见图2-3-6，具体用法参见第一章虚拟示波器部分。

注：做系统的开环实验只须把二阶闭环系统模拟电路图中的负反馈线去掉。

（a）开环对数幅频曲线

（b）开环对数相频曲线

图2-3-6 被测二阶系统的开环对数幅频曲线和相频曲线2．用‘选频法’测量系统的对数幅频曲线和相频曲线

被测系统的模拟电路图见图2-3-7。

图2-3-7 被测系统的模拟电路图

实验步骤：注：‘S ST’不能用“短路套”短接！CH1选‘X5’档!（1）将正弦波发生器（B6）输出SIN 作为系统输入。

信号频率范围为1Hz~30Hz，幅度（峰峰值）在4.8V左右。

（2）安置短路套、联线，构造模拟电路：

（a）安置短路套

）测孔联线

（b

自动控制原理实验

自动控制原理实验实验报告实验三闭环电压控制系统研究学号姓名时间2014年10月21日评定成绩审阅教师

实验三闭环电压控制系统研究一、实验目的：（1）通过实例展示，认识自动控制系统的组成、功能及自动控制原理课程所要解决的问题。（2）会正确实现闭环负反馈。（3）通过开、闭环实验数据说明闭环控制效果。二、预习与回答：（1）在实际控制系统调试时，如何正确实现负反馈闭环？答：负反馈闭环，不是单纯的加减问题，它是通过增量法实现的，具体如下： 1.系统开环； 2.输入一个增或减的变化量； 3.相应的，反馈变化量会有增减； 4.若增大，也增大，则需用减法器； 5.若增大，减小，则需用加法器，即。（2）你认为表格中加1KΩ载后，开环的电压值与闭环的电压值，哪个更接近2V？答：闭环更接近。因为在开环系统下出现扰动时，系统前部分不会产生变化。故而系统不具有调节能力，对扰动的反应很大，也就会与2V相去甚远。但在闭环系统下出现扰动时，由于有反馈的存在，扰动产生的影响会被反馈到输入端，系统就从输入部分产生了调整，经过调整后的电压值会与2V相差更小些。因此，闭环的电压值更接近2V。（3）学自动控制原理课程，在控制系统设计中主要设计哪一部份？答：应当是系统的整体框架及误差调节部分。对于一个系统，功能部分是“被控对象”部分，这部分可由对应专业设计，反馈部分大多是传感器，因此可由传感器的专业设计，而自控原理关注的是系统整体的稳定性，因此，控制系统设计中心就要集中在整个系统的协调和误差调节环节。二、实验原理：（1）利用各种实际物理装置（如电子装置、机械装置、化工装置等）在数学上的“相似性”，将各种实际物理装置从感兴趣的角度经过简化、并抽象成相同的数学形式。我们在设计控制系统时，不必研究每一种实际装置，而用几种“等价”的数学形式来表达、研究和设计。又由于人本身的自然属性，人对数学而言，不能直接感受它的自然物理属性，这给我们分析和设计带来了困难。所以，我们又用替代、模拟、仿真的形式把数学形式再变成“模拟实物”来研究。这样，就可以“秀才不出门，遍知天下事”。实际上，在后面的课程里，不同专业的学生将面对不同的实际物理对象，而“模拟实物”的实验方式可以做到举一反三，我们就是用下列“模拟实物”——电路系统，替代各种实际物理对象。

《自动控制原理》

《自动控制原理》实验报告姓名：学号：专业：班级：时段：成绩：工学院自动化系

实验一典型环节的 MATLAB仿真一、实验目的 1．熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。 2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。 3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。二、实验原理 1．比例环节的传递函数为 K R K R R R Z Z s G200 , 100 2 ) ( 2 1 1 2 1 2= = - = - = - = 其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-3所示。三、实验内容按下列各典型环节的传递函数，建立相应的SIMULINK仿真模型，观察并记录其单位阶跃响应波形。 ①比例环节1 ) ( 1 = s G和2 ) ( 1 = s G； ②惯性环节 1 1 ) ( 1+ = s s G和 1 5.0 1 ) ( 2+ = s s G ③积分环节 s s G1 ) ( 1 = ④微分环节s s G= ) ( 1 ⑤比例+微分环节（PD）2 ) ( 1 + =s s G和1 ) ( 2 + =s s G ⑥比例+积分环节（PI） s s G1 1 ) ( 1 + =和s s G21 1 ) ( 2 + = 四、实验结果及分析图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK图形

① 仿真模型及波形图1)(1=s G 和2)(1=s G ② 仿真模型及波形图11)(1+= s s G 和1 5.01)(2+=s s G 11)(1+= s s G 1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节

自动控制原理实验报告

实验报告课程名称：自动控制原理实验项目：典型环节的时域相应实验地点：自动控制实验室实验日期：2017 年 3 月22 日指导教师：乔学工实验一典型环节的时域特性一、实验目的 1.熟悉并掌握TDN-ACC+设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。

2.熟悉各种典型环节的理想阶跃相应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异，分析原因。 3.了解参数变化对典型环节动态特性的影响。二、实验设备 PC 机一台，TD-ACC+(或TD-ACS)实验系统一套。三、实验原理及内容下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。 1．比例环节 (P) (1)方框图 (2)传递函数： K S Ui S Uo =) () ( (3)阶跃响应：) 0()(≥=t K t U O 其中 01/R R K = (4)模拟电路图： (5) 理想与实际阶跃响应对照曲线： ① 取R0 = 200K ；R1 = 100K 。 ② 取R0 = 200K ；R1 = 200K 。

2．积分环节 (I) (1)方框图 (2)传递函数： TS S Ui S Uo 1 )()(= (3)阶跃响应： ) 0(1)(≥= t t T t Uo 其中 C R T 0= (4)模拟电路图 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取R0 = 200K ；C = 1uF 。 ② 取R0 = 200K ；C = 2uF 。

1 Uo 0t Ui(t) Uo(t) 理想阶跃响应曲线 0.4s 1 Uo 0t Ui(t) Uo(t) 实测阶跃响应曲线 0.4s 10V 无穷 3．比例积分环节 (PI) (1)方框图： (2)传递函数： (3)阶跃响应： (4)模拟电路图： (5)理想与实际阶跃响应曲线对照： ①取 R0 = R1 = 200K；C = 1uF。理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线 ②取 R0=R1=200K；C=2uF。 K 1 + U i(S)+ U o(S) + Uo 10V U o(t) 2 U i(t ) 0 0 .2s t Uo 无穷 U o(t) 2 U i(t ) 0 0 .2s t

自动控制原理实验报告

北京联合大学信息学院自动控制原理基础实验实验报告课程名称：自动控制原理基础实验学院：信息学院专业：电子信息工程姓名：班级：200908030301 学号：2009080303101 指导教师：成绩： 2011年12 月02 日

目录目录...................................................................................................................................................................... - 1 - 实验1：根轨迹的绘制及系统分析. (1) 1、实验目的 (1) 2、主要实验设备及仪器 (1) 3、实验容、实验结果及分析 (1) 实验1附录(实验用Matlab源程序代码) (5) 实验2：系统频率特性曲线的绘制及系统分析 (7) 1、实验目的 (7) 2、实验任务 (7) 3、实验容、实验结果及分析 (7) 实验2附录(实验用Matlab源程序代码) (10)

实验1：根轨迹的绘制及系统分析 1、实验目的 1．熟练掌握使用MATLAB 软件绘制根轨迹图形的方法； 2．进一步加深对根轨迹图的了解； 3．利用所绘制根轨迹图形分析系统性能。 2、主要实验设备及仪器实验设备：每人一台计算机奔腾系列以上计算机，配置硬盘≥2G ，存≥64M 。实验软件：WINDOWS 操作系统（WINDOWS XP 或WINDOWS 2000），并安装MATLAB 语言编程环境。 3、实验容、实验结果及分析本实验中各系统均为负反馈控制系统，系统的开环传递函数形式为： 1 1 () ()()() m i i n j j K s z G s H s s p ==-= -∏∏ （一）已知系统开环传递函数分别为如下形式：（1）()()(1)(2)K G s H s s s =++ （2）(3) ()()(1)(2)K s G s H s s s +=++ （3）(3) ()()(1)(2)K s G s H s s s -=++ （4）()()(1)(2)(3) K G s H s s s s = +++

自动控制原理课程实验

上海电力学院实验报告自动控制原理实验课程题目：2.1.1(2.1.6课外)、2.1.4（2.1.5课内）班级：gagagagg 姓名：lalalal 学号：hahahahah 时间：zzzzzzzzzzz

实验内容一：一、问题描述：已知系统结构图，（1）用matlab编程计算系统的闭环传递函数；（2）用matlab转换函数表示系统状态空间模型；（3）计算其特征根。二、理论方法分析（1）根据系统结构图的串并联关系以及反馈关系，分别利用tf （）函数series（）函数，parallel函数以及feedback函数构建系统传递函数；（2）已求出系统传递函数G，对于线性定常系统利用函数ss（G）课得到系统的状态空间模型。（3）利用线性定常系统模型数据还原函数[num，den]=tfdata（G，‘v’）可得到系统传递函数的分子多项式num与分母多项式den，利用roots（den）函数可得到系统的特征根。三、实验设计与实现新建M文件，编程程序如下文所示： G1=tf([0.2],[1,1,1]); G2=tf([0.3],[1,1]); G3=tf([0.14],[2,1]); G4=series(G2,G3);%G2与G3串联 G5=0.7*feedback(G4,-1,1); G6=0.4*feedback(G1,G5,1); G7=feedback(G6,0.6)

ss(G7)%将系统传递函数转化为状态空间模型 [num den]=tfdata(G7,'v');%还原系统传递函数分子、分母系数矩阵 roots(den)%求系统传递函数特征根点击Run运行四、实验结果与分析 M文件如下：运行结果如下：

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

自动控制原理实验书(DOC)

目录实验装置介绍 (1) 实验一一、二阶系统阶跃响应 (2) 实验二控制系统稳定性分析 (5) 实验三系统频率特性分析 (7) 实验四线性系统串联校正 (9) 实验五 MATLAB及仿真实验 (12)

实验装置介绍自动控制原理实验是自动控制理论课程的一部分，它的任务是：一方面，通过实验使学生进一步了解和掌握自动控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设计方法；另一方面，帮助学生学习和提高系统模拟电路的构成和测试技术。 TAP-2型自动控制原理实验系统的基本结构 TAP-2型控制理论模拟实验装置是一个控制理论的计算机辅助实验系统。如上图所示，TAP-2型控制理论模拟实验由计算机、A/D/A 接口板、模拟实验台和打印机组成。计算机负责实验的控制、实验数据的采集、分析、显示、储存和恢复功能，还可以根据不同的实验产生各种输出信号；模拟实验台是被控对象，台上共有运算放大器12个，与台上的其他电阻电容等元器件配合，可组成各种具有不同系统特性的实验对象，台上还有正弦、三角、方波等信号源作为备用信号发生器用；A/D/A 板安装在模拟实验台下面的实验箱底板上，它起着模拟与数字信号之间的转换作用，是计算机与实验台之间必不可少的桥梁；打印机可根据需要进行连接，对实验数据、图形作硬拷贝。实验台由12个运算放大器和一些电阻、电容元件组成，可完成自动控制原理的典型环节阶跃响应、二阶系统阶跃响应、控制系统稳定性分析、系统频率特性测量、连续系统串联校正、数字PID 、状态反馈与状态观测器等相应实验。显示器计算机打印机模拟实验台 AD/DA 卡

实验一一、二阶系统阶跃响应一、实验目的 1．学习构成一、二阶系统的模拟电路，了解电路参数对系统特性的影响；研究二阶系统的两个重要参数：阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn对动态性能的影响。 2．学习一、二阶系统阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算一、二阶系统的传递函数。二、实验仪器 1．自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台三、实验原理模拟实验的基本原理：控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟一、二阶系统，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟一、二阶系统，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。四、实验内容构成下述系统的模拟电路，并测量其阶跃响应： 1．一阶系统的模拟电路如图

自动控制原理课程总结1

HEFEI UNIVERSITY 自动控制原理课程总结系别电子信息与电气工程系专业自动化班级 09自动化（1）班姓名完成时间 2011.12.29

自动控制原理课程总结前言自动控制技术已广泛应用于制造、农业、交通、航空及航天等众多产业部门，极大地提高了社会劳动生产率，改善了人们的劳动环境，丰富了人民的生活水平。在今天的社会中，自动化装置无所不在，为人类文明进步做出了重要贡献。本学期我们开了自动控制原理这门专业课，下面主要介绍下我对这门课前五章的认识和总结。一、控制系统的数学模型 1.传递函数的定义：在线性定常系统中，当初是条件为零时，系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比。（1）零极点表达式：（2）时间常数表达式： 2.信号流图

（1）信号流图的组成节点：用来表示变量或信号的点，用符号“○”表示。支路：连接两节点的定向线段，用符号“→”表示。（2）信号流图与结构图的关系 3.梅逊公式

其中：Δ=1-La+LbLc-LdLeLf+...成为特征试。 Pi：从输入端到输出端第k条前向通路的总传递函数 Δi：在Δ中，将与第i条前向通路相接触的回路所在项除去后所余下的部分，称为余子式。 La：所有单回路的“回路传递函数”之和 LbLc：两两不接触回路，其“回路传递函数”乘积之和 LdLeL：所有三个互不接触回路，其“回路传递函数”乘积之和“回路传递函数”指反馈回路的前向通路和反馈通路的传递函数只积并且包含表示反馈极性的正负号。二、线性系统的时域分 1.ζ、ωn坐标轴上表示如下：（1）闭环主导极点：

当一个极点距离虚轴较近，且周围没有其他闭环极点和零点，并且该极点的实部的绝对值应比其他极点的实部绝对值小5倍以上。（2）对于任何线性定常连续控制系统由如下的关系： ①系统的输入信号导数的响应等于系统对该输入信号响应的导数； ②系统对输入信号积分的响应等于系统对该输入信号响应的积分，积分常数由初始条件确定。 2.劳斯判据：设系统特征方程为 : 劳斯判据指出：系统稳定的充要条件是劳斯表中第一列系数都大于零，否则系统不稳定，而且第一列系数符号改变的次数就是系统特征方程中正实部根的个数。劳斯判据特殊情况的处理 ⑴某行第一列元素为零而该行元素不全为零时——用一个很小的正数ε代替第一列的零元素参与计算，表格计算完成后再令ε→0。 ⑵某行元素全部为零时—利用上一行元素构成辅助方程，对辅助方程求导得到新的方程，用新方程的系数代替该行的零元素继续计算。 3.稳态误差 (1)定义： (2)各种误差系数的定义公式

自动控制原理课程设计实验

上海电力学院自动控制原理实践报告课名：自动控制原理应用实践题目：水翼船渡轮的纵倾角控制船舶航向的自动操舵控制班级：姓名：学号：

水翼船渡轮的纵倾角控制一．系统背景简介水翼船(Hydrofoil)是一种高速船。船身底部有支架，装上水翼。当船的速度逐渐增加，水翼提供的浮力会把船身抬离水面(称为水翼飞航或水翼航行，Foilborne)，从而大为减少水的阻力和增加航行速度。水翼船的高速航行能力主要依靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。航向自动操舵仪工作时存在包括舵机（舵角）、船舶本身（航向角）在内的两个反馈回路：舵角反馈和航向反馈。当尾舵的角坐标偏转错误!未找到引用源。，会引起船只在参考方向上发生某一固定的偏转错误!未找到引用源。。传递函数中带有一个负号，这是因为尾舵的顺时针的转动会引起船只的逆时针转动。有此动力方程可以看出，船只的转动速率会逐渐趋向一个常数，因此如果船只以直线运动，而尾舵偏转一恒定值，那么船只就会以螺旋形的进入一圆形运动轨迹。二．实际控制过程某水翼船渡轮，自重670t，航速45节（海里/小时），可载900名乘客，可混装轿车、大客车和货卡，载重可达自重量。该渡轮可在浪高达8英尺的海中以航速40节航行的能力，全靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求该系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。

上图：水翼船渡轮的纵倾角控制系统已知，水翼船渡轮的纵倾角控制过程模型，执行器模型为F（s）=1/s。三．控制设计要求试设计一个控制器Gc（s），使水翼船渡轮的纵倾角控制系统在海浪扰动D （s）存在下也能达到优良的性能指标。假设海浪扰动D（s）的主频率为w=6rad/s。本题要求了“优良的性能指标”，没有具体的量化指标，通过网络资料的查阅：响应超调量小于10%，调整时间小于4s。四．分析系统时域 1.原系统稳定性分析 num=[50]; den=[1 80 2500 50]; g1=tf(num,den); [z,p,k]=zpkdata(g1,'v'); p1=pole(g1); pzmap(g1) 分析：上图闭环极点分布图，有一极点位于原点，另两极点位于虚轴左边，故处于临界稳定状态。但还是一种不稳定的情况，所以系统无稳态误差。 2.Simulink搭建未加控制器的原系统（不考虑扰动）。

自动控制原理实验1-6

实验一 MATLAB 仿真基础、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 (sysl, sys2, sigh 其中sign 是反馈极性，sign 缺省时，默认为负反馈，sign = -1；正反馈时, sig n = 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 2 5(s 2) (s 6s 7) 3 3 s(s 1) (s 2s 1) 2. 已知系统传递函数，建立零极点增益模型 s 3 飞 2~ s 2s 2s 1 3 ?将多项式模型转化为零极点模型 5(s 2)2(s 2 6s 7) G(s) s 3 s 3 2s 2 2s 1 G(s) G(s)

自动控制原理课程设计任务书(2016)

《自动控制原理》课程设计任务书航空航天学院 2016.11

目录一、设计目的和要求 (1) 1 设计目的 (1) 2 设计要求 (1) 二、题目 (2) 题目1直线一级倒立摆频率响应控制实验 (2) 题目2 直线一级倒立摆PID 控制实验 (7) 题目3 控制系统校正实验1 (9) 题目4 控制系统校正实验2 (10) 题目5 控制系统校正实验3 (11) 题目6 控制系统校正实验4 (12) 三、实践报告书写内容要求 (13) 四、考核方式 (14)

一、设计目的和要求 1 设计目的 1）培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 2）培养学生运用所学知识，利用MATLAB这软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题。 3）提高学生课程设计报告撰写水平。 4）培养学生文献检索的能力。 2 设计要求 1）熟悉MATLAB语言及Simulink仿真软件。 2）掌握控制系统的时域分析，主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究，控制系统的稳定性分析，控制系统的稳态误差的求取。 3）掌握控制系统的根轨迹分析，主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。 4）掌握控制系统的频域分析，主要包括系统Bode图、Nyquist图、稳定性判据和系统的频域响应。 5）掌握控制系统的校正，主要包括根轨迹法超前校正、频域法超前校正、频域法滞后校正以及校正前后的性能分析。

二、题目题目1直线一级倒立摆频率响应控制实验 1、初始条件（1）固高GLIP2002直线二级倒立摆（2）计算机（Matlab Simulink） 1.1 倒立摆系统简介倒立摆是机器人技术、控制理论、计算机控制等多个领域、多种技术的有机结合，其被控系统本身又是一个绝对不稳定、高阶次、多变量、强耦合的非线性系统，可以作为一个典型的控制对象对其进行研究。最初研究开始于二十世纪50 年代，麻省理工学院（MIT）的控制论专家根据火箭发射助推器原理设计出一级倒立摆实验设备。近年来，新的控制方法不断出现，人们试图通过倒立摆这样一个典型的控制对象，检验新的控制方法是否有较强的处理多变量、非线性和绝对不稳定系统的能力，从而从中找出最优秀的控制方法。倒立摆系统作为控制理论研究中的一种比较理想的实验手段，为自动控制理论的教学、实验和科研构建一个良好的实验平台，以用来检验某种控制理论或方法的典型方案，促进了控制系统新理论、新思想的发展。由于控制理论的广泛应用，由此系统研究产生的方法和技术将在半导体及精密仪器加工、机器人控制技术、人工智能、导弹拦截控制系统、航空对接控制技术、火箭发射中的垂直度控制、卫星飞行中的姿态控制和一般工业应用等方面具有广阔的利用开发前景。平面倒立摆可以比较真实的模拟火箭的飞行控制和步行机器人的稳定控制等方面的研究。 1.2 直线倒立摆直线倒立摆是在直线运动模块上装有摆体组件，直线运动模块有一个自由度，小车可以沿导轨水平运动，在小车上装载不同的摆体组件，可以组成很多类别的倒立摆，直线柔性倒立摆和一般直线倒立摆的不同之处在于，柔性倒立摆有两个可以沿导轨滑动的小车，并且在主动小车和从动小车之间增加了一个弹簧，作为柔性关节。直线倒立摆系列产品如图1-1 所示。

《自动控制原理》实验课程教学大纲

《自动控制原理》实验课程教学大纲课程代码： TELE2004 课程学分：3 课程名称（中/英）：自动控制原理 Principles of Automatic Control 课程学时： 54 实验学时：9 适用专业：信息、电子及通信实验室名称：开放实验室一、课程简介：本课程主要学习自动控制系统分析与设计的基本原理与基本方法，包括系统数学模型的建立，控制系统的分析的时域分析法、根轨迹法以及频域分析法，控制系统设计的根轨迹法及频率响应法。通过课程的学习，同学们能理解并掌握系统传递函数的概念，各项动态性能指标的定义与求法，稳定性的概念与判别，稳态误差及稳态误差系数的求解。本课程的教学目标是让用学们能够掌握反馈控制系统的经典理论与方法，并能运用这些知识建立系统的数据模型，分析系统的动态性能指标，确定系统的稳定性与控制精度，并可以进行小型控制系统的设计与改进。本课程包含47学时的课程教学，讲授系统建模、时域分析、根轨迹、频率响应与系统设计等内容。本课程还包含一个9学时的实验项目，同学们将自行设计并实现一个小型控制系统，该实验将完全按照工程项目的执行方式进行的。二、实验项目及学时分配序号项目名称实验类型学时分配每组人数必修/选修设计性 9 1 必修 1 小型控制系统（角位移、位移、温度可选）设计与实现三、实验内容及教学要求实验项目1：小型控制系统（角位移、位移、温度可选）设计与实现

1.教学内容与传统意义下的课程实验不同，这是一个项目型实验，意味着你必须执行一个小型的项目。有若干个项目题目可供选择，该项目需要在上课学期内完成。项目在学期中间发布，你必须在学期未进入考试周之前完成全部工作。 This is a project oriented lab, which means that you are required to carry out a small-scale project rather than a conventional lab. You will be supplied with several candidate projects to choose one as your objective project to carry out in the same semester when the course is given. You will have the project issued in the mid-semester and are required to complete it before entering examination weeks of the semester. 与普通的实验不同，项目的执行通常需要经历若干阶段，也会需要更长的实现周期。通过这个实验，你可明白并经历完整的项目执行过程，尽管从可操作性出发，实验中采用的会是一些比较小型化的项目。这样的经历无疑会对同学们参加项目的能力培养有所助益。 Not like conventional lab, project usually will run for several stages or phases and, maybe, will last for a longer period. You will move from one phase to the other until getting everything done properly. You can then experience and understand the complete project executing procedures, nevertheless how small scaled is the one in which you are involved, which is certainly helpful in preparing you some kind of project taking capabilities. 有三个可供选择的课题，它们是： There are three topics available. They are: 1)直流电机控制的角位移控制系统Angle position control system with dc motor 设计一个角度控制系统，它能接受所期望的角度的输入指令，产生一个与输出要求完全一致的输出角度。 Design an angle system, which can accept desired angle input command and generates an angle output following exactly the input one. 2)车辆运动控制系统Vehicle motion control system 一辆玩具车或是实验室自制的模型车将作为被控制对象。该系统必须能准确地行进任意指定的距离。 A toy vehicle or lab made vehicle is the plant to be controlled. The system must be able to move a given distance accurately. 3)温度控制系统Temperature control system 这是个水温控制系统。它用控制并操持一个小型容器中的水的温度到任意指定的数值。

《自动控制原理》专科课程标准

《自动控制原理》课程标准一、课程概述（一）课程性质地位自动控制原理是空间工程类、机械控制类、信息系统类等相关专业学历教育合训学员的大类技术基础课程。由于自动控制原理在信息化武器装备中得到了广泛的应用，因此，将本课程设置为大类技术基础课，对培养懂技术的指挥人才有着十分重要的作用。本课程所覆盖的知识面较宽，既有较深入的理论基础知识，也有较广泛的专业背景知识，因而，它在学员知识结构方面将起到加强理论深度和拓展知识广度的积极作用。（二）课程基本理念为了贯彻素质教育和创新教育的思想，本课程将在注重自动控制原理的基本概念和基本分析与设计方法的基础上，适当引入自动控制发展中的、学员能够理解的新概念和新方法；贯彻理论联系实际的原则，科学取舍各种主要理论、方法的比例，正确处理好理论与案例的关系，以适应为部队培养应用复合型人才的需要；适当引入和利用Matlab工具来辅助自动控制原理中的复杂计算与作图、验证分析与设计的结果；本课程应该既使学员掌握必要的基础理论知识，并了解它们对实际问题的指导作用，又要促进学员养成积极思考、长于分析、善于推导的能力和习惯。（三）课程设计思路本课程主要介绍自动控制原理的基本概念和基本的分析与设计方法。课程采用“一纵三横”的设计思路，具体来说，“一纵”就是在课程讲授中要求贯彻自动控制系统的建模、分析及设计方法这条主线；“三横”就是在方法讲授中要求强调自动控制系统的稳定性、快速性和准确性，稳准快三个字是分析的核心，也是设计的归宿。在课程讲授中，贯彻少而精的原则，即对重点、难点讲深讲透；注意理论联系专业实际，例子贴近生活，注重揭示抽象概念的物理意义；注意传统教法与现代教法的有机结合，充分运用各种教学手段，特别注重发挥课程教学网站的作用。在课程学习中，注重阅读教材、完成作业、课程实验及讨论问题等四个环节，深刻理解课程内容中的重点和难点，重点掌握自动控制原理的基本概念和基本分析与设计方法。

自动控制原理实验报告

自动控制原理实验报告实验一典型系统的时域响应和稳定性分析 (2) 一、实验目的 (3) 二、实验原理及内容 (3) 三、实验现象分析 (5) 方法一：matlab程序 (5) 方法二：multism仿真 (12)

方法三：simulink仿真 (17) 实验二线性系统的根轨迹分析 (21) 一、确定图3系统的根轨迹的全部特征点和特征线，并绘出根轨迹 (21) 二、根据根轨迹图分析系统的闭环稳定性 (22) 三、如何通过改造根轨迹来改善系统的品质？ (25) 实验三线性系统的频率响应分析 (33) 一、绘制图1. 图3系统的奈氏图和伯德图 (33) 二、分别根据奈氏图和伯德图分析系统的稳定性 (37) 三、在图4中，任取一可使系统稳定的R值，通过实验法得到对应的伯德图，并据此导出系统的传递函数 (38) 实验四、磁盘驱动器的读取控制 (41) 一、实验原理 (41) 二、实验内容及步骤 (41) （一）系统的阶跃响应 (41) （二) 系统动态响应、稳态误差以及扰动能力讨论 (45) 1、动态响应 (46) 2、稳态误差和扰动能力 (48) （三）引入速度传感器 (51) 1. 未加速度传感器时系统性能分析 (51) 2、加入速度传感器后的系统性能分析 (59) 五、实验总结 (64) 实验一典型系统的时域响应和稳定性分析

一、实验目的 1．研究二阶系统的特征参量（ξ、ωn ）对过渡过程的影响。 2．研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。 3．熟悉Routh 判据，用Routh 判据对三阶系统进行稳定性分析。二、实验原理及内容 1．典型的二阶系统稳定性分析 (1) 结构框图：见图1 图1 (2) 对应的模拟电路图图2 (3) 理论分析导出系统开环传递函数，开环增益0 1 T K K = 。 (4) 实验内容先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R 的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。在此实验中(图2)， s 1T 0=， s T 2.01=，R 200 K 1= R 200 K =?

自动控制原理实验报告73809

-150-100 -50 50 实验一典型环节的模拟研究及阶跃响应分析 1、比例环节可知比例环节的传递函数为一个常数：当Kp 分别为0.5，1，2时，输入幅值为1.84的正向阶跃信号，理论上依次输出幅值为0.92，1.84，3.68的反向阶跃信号。实验中，输出信号依次为幅值为0.94，1.88，3.70的反向阶跃信号，相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%. 在误差允许范围内可认为实际输出满足理论值。 2、积分环节积分环节传递函数为：（1）T=0.1(0.033)时，C=1μf (0.33μf )，利用MATLAB ，模拟阶跃信号输入下的输出信号如图： T=0.1 T=0.033 与实验测得波形比较可知，实际与理论值较为吻合，理论上T=0.033时的波形斜率近似为T=0.1时的三倍，实际上为8/2.6=3.08，在误差允许范围内可认为满足理论条件。 3、惯性环节 i f i o R R U U -=TS 1 CS R 1Z Z U U i i f i 0-=-=-=15 20

惯性环节传递函数为： K = R f /R 1,T = R f C, （1）保持K = R f /R 1 = 1不变，观测T = 0.1秒，0.01秒（既R 1 = 100K,C = 1μf ， 0.1μf ）时的输出波形。利用matlab 仿真得到理论波形如下： T=0.1时 t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3%,读数误差较大。 K 理论值为1，实验值2.12/2.28，相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值较为接近。 T=0.01时 t s （5%）理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为：（40-30）/30=33.3% 由于ts 较小，所以读数时误差较大。 K 理论值为1，实验值2.12/2.28，相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值较为接近（2）保持T = R f C = 0.1s 不变，分别观测K = 1，2时的输出波形。 K=1时波形即为（1）中T0.1时波形 K=2时，利用matlab 仿真得到如下结果： t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3% 读数误差较大 K 理论值为2，实验值4.30/2.28， 1 TS K )s (R )s (C +-=

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

自动控制原理实验指导书(2017-2018-1)

自动控制原理实验指导书王娜编写电气工程与自动化学院自动化系 2017年11月实验一控制系统的时域分析

[实验目的] 1、熟悉并掌握Matlab 操作环境和基本方法，如数据表示、绘图等命令； 2、掌握控制信号的拉氏变换与反变换laplace 和ilaplace ，控制系统生成模型的常用函数命令sys=tf(num,den)，会绘制单位阶跃、脉冲响应曲线； 3、会构造控制系统的传递函数、会利用matlab 函数求取系统闭环特征根； 4、会分析控制系统中n ζω，对系统阶跃、脉冲响应的影响。 [实验内容及步骤] 1、矩阵运算 a) 构建矩阵：A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8]; 解： >> A=[1 2;3 4] A = 1 2 3 4 >>B=[5 5;7 8] B = 5 5 7 8 b) 已知A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4] ，求矩阵A 的特征值、特征多项式和特征向量. 解：>> A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4]; >> [V ,D]=eig(A) V = 0.4181 -0.4579 - 0.3096i -0.4579 + 0.3096i -0.6044 0.6211 -0.1757 + 0.2740i -0.1757 - 0.2740i 0.0504 0.5524 0.7474 0.7474 -0.2826 0.3665 -0.1592 - 0.0675i -0.1592 + 0.0675i 0.7432 D = 13.0527 0 0 0 0 -4.1671 + 1.9663i 0 0 0 0 -4.1671 - 1.9663i 0 0 0 0 2.1815 >> p=poly(A) p = -6.9000 -77.2600 -86.1300 604.5500 2. 基本绘图命令 a) 绘制余弦曲线y=cos(x)，x ∈[0，2π] 解：>> x=linspace(0,2*pi); >> y=cos(x); >> plot(x,y)

自动控制原理实验.

实验一控制系统典型环节的模拟一、实验目的 (1)学习典型环节的模拟方法。 (2)研究阻、容参数对典型环节阶跃响应的影响。 (3)熟悉超低频扫描示波器的使用方法。 (4)掌握用运放组成控制系统典型环节的电子电路。 (5)测量典型环节的阶跃响应曲线。 (6)通过实验了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响。二、实验设备 1．ACS教学实验系统一台。 2．示波器一台。 3．万用表一块。三、实验线路及原理以运算放大器为核心元件，由其不同的R-C输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图1-1所示。图中Z 1和Z 2 为复数阻抗，它们都是由R、C构成。基于图中A点的电位为虚地，略去流入运放的电流，则由图1-1得： (1) 图1-1 运放的反馈连接由上式可求得由下列模拟电路组成典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。 (1)比例环节比例环节的模拟电路如图1-2所示：

图1-2 比例环节（2）惯性环节图1-3、惯性环节 (3)积分环节式中积分常数T=RC 图1-4积分环节 (4)比例微分环节（PD），其接线图如图及阶跃响应如图1-5所示。

图1-5 比例微分环节 (5)比例积分环节，其接线图单位阶跃响应如图1-6所示。图1-6 比例积分环节（6）振荡环节，其接线图单位阶跃响应1-7、图1-8所示。

1-7 振荡环节原理图 1-8 振荡环节接线图

①比例环节 G1(S)=1和G2(S)=2 ②积分环节 G1(S)=1/SG2(S)=1/（0.5S ） ③比例微分环节 G1(S)=2+S 和G2(S)=1+2S ④惯性环节 G1(S)=1/(S+1)和G2(S)=1/(0.5S+1) ⑤比例积分环节（PI ）G （S ）=1+1/S 和G （S ）=2（1+1/2S ） ⑥振荡环节(选做) 10 1.010)(2 21++=++= S S K S S T K s G 五、实验报告 (1)画出六种典型环节的实验电路图，并注明相应的参数。 (2)画出各典型环节的单位阶跃响应波形，并分析参数对响应曲线的影响。 (3)写出实验的心得与体会。