自动控制原理实验报告
自控原理实验报告答案
一、实验目的1. 理解自动控制原理的基本概念和基本分析方法。
2. 掌握典型环节的数学模型及其传递函数。
3. 熟悉控制系统时域性能指标的测量方法。
4. 通过实验验证理论知识，提高实际操作能力。
二、实验原理自动控制原理是研究如何利用自动控制装置对生产过程进行自动控制的一门学科。
本实验通过模拟典型环节的电路和数学模型，研究系统的动态特性和稳态特性。
三、实验内容1. 比例环节（P）的模拟实验。
2. 积分环节（I）的模拟实验。
3. 比例积分环节（PI）的模拟实验。
4. 比例微分环节（PD）的模拟实验。
5. 比例积分微分环节（PID）的模拟实验。
四、实验步骤1. 按照实验指导书的要求，搭建实验电路。
2. 调整实验参数，记录系统响应曲线。
3. 分析系统响应曲线，计算系统性能指标。
4. 根据实验结果，验证理论知识。
五、实验数据记录1. 比例环节（P）实验数据记录：- 系统阶跃响应曲线- 调节时间- 超调量- 稳态误差2. 积分环节（I）实验数据记录：- 系统阶跃响应曲线- 稳态误差3. 比例积分环节（PI）实验数据记录：- 系统阶跃响应曲线- 调节时间- 超调量- 稳态误差4. 比例微分环节（PD）实验数据记录：- 系统阶跃响应曲线- 调节时间- 超调量- 稳态误差5. 比例积分微分环节（PID）实验数据记录： - 系统阶跃响应曲线- 调节时间- 超调量- 稳态误差六、实验结果与分析1. 比例环节（P）实验结果：- 系统响应速度快，但稳态误差较大。
- 调节时间短，超调量较小。
2. 积分环节（I）实验结果：- 系统稳态误差为零，但响应速度较慢。
3. 比例积分环节（PI）实验结果：- 系统稳态误差较小，调节时间适中，超调量适中。
4. 比例微分环节（PD）实验结果：- 系统响应速度快，稳态误差较小，超调量适中。
5. 比例积分微分环节（PID）实验结果：- 系统响应速度快，稳态误差较小，超调量适中。
七、实验结论1. 通过实验，验证了典型环节的数学模型及其传递函数。
自动控制实验报告(全)
自动控制原理实验报告册院系：班级：学号：姓名：目录实验五采样系统研究 (3)实验六状态反馈与状态观测器 (9)实验七非线性环节对系统动态过程的响应 (14)实验五 采样系统研究一、实验目的1. 了解信号的采样与恢复的原理及其过程，并验证香农定理。
2. 掌握采样系统的瞬态响应与极点分布的对应关系。
3. 掌握最少拍采样系统的设计步骤。
二、实验原理1. 采样：把连续信号转换成离散信号的过程叫采样。
2. 香农定理：如果选择的采样角频率s ω，满足max 2ωω≥s 条件（max ω为连续信号频谱的上限频率），那么经采样所获得的脉冲序列可以通过理想的低通滤波器无失真地恢复原连续信号。
3. 信号的复现：零阶保持器是将采样信号转换成连续信号的元件，是一个低通滤波器。
其传递函数：se Ts--14. 采样系统的极点分布对瞬态响应的影响：Z 平面内的极点分布在单位圆的不同位置，其对应的瞬态分量是不同的。
5. 最小拍无差系统：通常称一个采样周期为一拍，系统过渡过程结束的快慢常采用采样周期来表示，若系统能在最少的采样周期内达到对输入的完全跟踪，则称为最少拍误差系统。
对最小拍系统时间响应的要求是：对于某种典型输入，在各采样时刻上无稳态误差；瞬态响应最快，即过渡过程尽量早结束，其调整时间为有限个采样周期。
从上面的准则出发，确定一个数字控制器，使其满足最小拍无差系统。
三、实验内容1. 通过改变采频率s s s T 5.0,2.0,01.0=，观察在阶跃信号作用下的过渡过程。
被控对象模拟电路及系统结构分别如下图所示：图中，1)(/)()(==z E z U z D ，系统被控对象脉冲传递函数为：T T Ts e z e s s e Z z U z Y z G -----=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-==)1(4141)()()( 系统开环脉冲传递函数为：T T w e z e Z G z D z G ----===)1(4)()()(系统闭环脉冲传递函数为：)(1)()(z G z G z w w +=Φ在Z 平面内讨论，当采样周期T 变化时对系统稳定性的影响。
自动控制原理实训报告
自动控制原理实训报告引言：自动控制原理是现代工程领域中的重要学科，它研究如何利用控制系统来实现对各种物理过程的自动化调节和控制。
本篇报告旨在总结和分析我在自动控制原理实训中所学到的知识和经验，并对实训过程中遇到的问题进行探讨和解决。
一、实训目的和背景自动控制原理实训的主要目的是通过实际操作和实验验证，加深对自动控制原理的理解和掌握。
通过实际操控控制系统，我们可以更好地理解控制系统的工作原理、参数调节和性能评估等方面的知识。
二、实训内容和步骤本次实训主要包括以下内容和步骤：1. 实验仪器和设备的介绍：我们首先了解了实验室中常用的控制系统实验仪器和设备，包括传感器、执行器、控制器等，并学习了它们的基本原理和使用方法。
2. 控制系统的建模与仿真：我们学习了如何将实际的物理过程建立数学模型，并利用仿真软件进行系统性能分析和优化设计。
3. PID控制器的调节：PID控制器是最常用的控制器之一，我们学习了PID控制器的原理和调节方法，并通过实验验证了不同参数对系统响应的影响。
4. 系统性能评估与优化：我们学习了如何评估控制系统的性能指标，如稳定性、快速性和抗干扰能力，并通过调节控制器参数来优化系统性能。
三、实训中遇到的问题及解决方法在实训过程中，我们遇到了一些问题，下面列举了其中的几个，并给出了解决方法：1. 问题一：系统响应不稳定。
解决方法：通过调节PID控制器的参数，如比例系数、积分时间和微分时间，来使系统响应稳定。
2. 问题二：系统响应过慢。
解决方法：增大比例系数和减小积分时间可以提高系统的响应速度。
3. 问题三：系统受到干扰时响应不稳定。
解决方法：通过增加微分时间和加入滤波器等方法，可以提高系统的抗干扰能力。
四、实训心得和体会通过这次自动控制原理实训，我深刻体会到了理论与实践的结合的重要性。
在实际操作中，我们不仅需要理解控制原理，还需要灵活运用所学知识解决实际问题。
此外，实训过程中的团队合作也是非常重要的，通过与同学们的合作，我们共同解决了许多实际问题，加深了对自动控制原理的理解。
自动控制原理实验报告
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，1，2时，输入幅值为的正向阶跃信号，理论上依次输出幅值为，，的反向阶跃信号。
实验中，输出信号依次为幅值为，，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：与实验测得波形比较可知，实际与理论值较为吻合，理论上时的波形斜率近似为时的三倍，实际上为，在误差允许范围内可认为满足理论条件。
3、 惯性环节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，观测秒，秒〔既R 1 = 100K,C = 1μf ，μf 〕时的输出波形。
利用matlab 仿真得到理论波形如下：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，相对误差为〔〕/2.28=7%与理论值较为接近。
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，相对误差为〔〕/2.28=7%与理论值较为接近（2） 保持T = R f s 不变，分别观测K = 1，2时的输出波形。
K=1时波形即为〔1〕中时波形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， 相对误差为〔〕/2=5.7%if i o R RU U -=1TS K)s (R )s (C +-=与理论值较为接近。
自动控制原理实验报告
3.1 线性系统的时域分析3.1.1 典型环节的模拟研究一. 实验目的1． 了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式2． 观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响二．实验内容及步骤观察和分析各典型环节的阶跃响应曲线，了解各项电路参数对典型环节动态特性的影响.。
改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，观测结果，填入实验报告。
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3-1-1所示。
图3-1-1 典型比例环节模拟电路传递函数：01(S)(S)(S)R R K KU U G i O ===；单位阶跃响应：K )t (U = 实验步骤：注：‘S ST ’用短路套短接！ （1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT ），作为系统的信号输入（Ui ）；该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。
（2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下：（a ）安置短路套（b ）测孔联线（3打开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+4V 阶跃），观测A5B 输出端（Uo ）的实际响应曲线。
示波器的截图详见虚拟示波器的使用。
实验数据纪录：2)．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3-1-2所示。
图3-1-2 典型惯性环节模拟电路传递函数：C R T R R K TSKU U G i O 1011(S)(S)(S)==+==单位阶跃响应：)1()(0Tte K t U --=实验步骤：注：‘S ST ’用短路套短接！ （1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT ），作为系统的信号输入（Ui ）； （1）该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。
（2）构造模拟电路：按图3-1-4安置短路套及测孔联线，表如下： （a（3）运行、观察、记录：打开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+4V 阶跃），观测A5B输出端（Uo）响应曲线，等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到输出稳态值×0.632处，得到与输出曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到输出曲线的交点，量得惯性环节模拟电路时间常数T。
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告 Final revision on November 26, 2020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：TSSUiSUo1)()(=(3)阶跃响应：)0(1)(≥=ttTtUo其中CRT=(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。
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无穷②取 R0=R1=200K ；C=2uF 。
理想阶跃响应曲线 实测阶跃响应曲线4．惯性环节 (T) (1) 方框图 (2) 传递函数：1)()(+=TS KS Ui S Uo 。
自动控制原理实验报告-西南交通大学课程与资源中心
西南交通大学自动控制原理课程实验报告册
《自动控制原理》课程实验报告(一)
《自动控制原理》课程实验报告(二)
《自动控制原理》课程实验报告(三)
《自动控制原理》课程实验报告(四)
三、思考题
1. 参数在一定范围内取值才能使闭环系统稳定的系统称为条件稳定系统。
对于这类系
统可以通过根轨迹法来确定使系统稳定的参数取值范围，也可以适当调整系统参数或增加校正网络以消除条件稳定性问题。
对于下图所示条件稳定系统：
试问能否通过增加开环零极点消除系统条件稳定性问题，即对于所有根轨迹增益，根轨迹全部位于s左半平面，闭环系统稳定。
《自动控制原理》课程实验报告(五)
《自动控制原理》课程实验报告(六)
《自动控制原理》课程实验报告(七)
《自动控制原理》课程实验报告(八)
《自动控制原理》课程实验报告(九)。
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告姓名：学号：班级：实验一 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试一、 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 时的阶跃响应曲线，并测定其过渡过程时间Ts 。
2．建立二阶系统的电子模型，并记录在不同的阻尼比ζ时的阶跃响应曲线，并测定其超调量δ%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其中R1=R2，T=R2·C 其中电阻电容的具体取值见表1-12. 二阶系统系统传递函数为： 模拟运算电路如图1-2所示：图1-2其中R2·C1=1，R3·C2=1，R4/R3=ξ21各元器件具体取值如图1-2所示。
222()()()2n n nC s s R s S S ωζωωΦ==++()()()1C s Ks R s TS Φ==+四、实验数据1.一阶系统1）数据表格（取5%误差带，理论上Ts＝3T）表1-1T/s 0.25 0.5 1 R2(R1)/Ω250k 500k 1MC/μF 1 1 1Ts实测/s 0.74 1.46 2.99Ts理论/s 0.75 1.5 3 阶跃响应曲线图1-3 图1-4 图1-5 2）响应曲线图1-3 (T=0.25)图1-4 (T=0.5)图1-5 (T=1)2. 二阶系统 1)数据表格表1-2说明：（1）0﹤ζ﹤1，为欠阻尼二阶系统,超调量理论计算公式2/1%100%eπζζσ--=⨯(2)取5%误差带，当ζ值较小(0﹤ζ﹤0.7)采用近似公式 进行估算;当ζ值较大(ζ﹥0.7)采用近似公式 7.145.6-=ξsT 进行估算.2)响应曲线图1-6 (ζ=0.25)ζ0.25 0.5 0.7 1.0 /rad/s 1 1 1 1 R 4/M Ω 2.0 1.0 0.7 0.5 C2/μF 1.0 1.0 1.0 1.0 σ%实测 43.77 16.24 4.00 0.02 σ%理论 44.43 16.30 4.600 Ts 实测/s 13.55 5.47 3.03 4.72 Ts 理论/s 14 7 5 4.75 阶跃响应曲线图1-6图1-7图1-8图1-9ns T ξω5.3=图1-7 (ζ=0.5)图1-8 (ζ=0.7)图1-9 (ζ=1)五、 误差分析1. 对一阶系统阶跃响应实验当T=0.25 时， 1.3%%10075.074.0-75.0=⨯=误差。
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第一章Matlab 基本运算[范例1-2] 建立矩阵A={7 8 9}，B={789}>> A=[7,8,9]A =7 8 9>> B=A'B =789（2）>> B=[1 1 2 ; 3 5 8 ; 10 12 15]B=1 1 23 5 810 12 15（3）>> a=1:1:10a =1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 >> t=10:-1:1t =10 9 8 7 6 5 4 3 2 1[范例1-3]求多项式D（S）=（5S^2+3）(S+1)(S-1)的展开式>> D=conv([5 0 3],conv([1 1],[1 -2]))D =5 -5 -7 -3 -6[范例1-4]求多项式P（X）=2X^4-5X^3-X+9（1）>> P=[2 -5 6 -1 9]P =2 -5 6 -1 9>> x=roots(P)x =1.6024 + 1.2709i1.6024 - 1.2709i-0.3524 + 0.9755i-0.3524 - 0.9755i第二章控制系统的数学模型[范例2-1]已知系统传递函数G(S)= s + 3/ s^3 + 2 s^2 + 2 s + 1>> num=[0 1 3];>> den=[1 2 2 1];>> printsys(num,den)num/den =s + 3---------------------s^3 + 2 s^2 + 2 s + 1[范例2-2]已知系统传递函数G(S)=【5*（S+2）^2(S^2+6S+7)】/S(S+1)^3(S^3+2S+1)],试建立控制系统的传递函数模型。
>> num=5*conv(conv([1,2],[1,2]),[1,6,7]);>> den=conv([1,0],conv([1,1],conv([1,1],conv([1,1],[1,0,2,1]))));>> Gs=tf(num,den)Transfer function:5 s^4 + 50 s^3 + 175 s^2 + 260 s + 140-----------------------------------------------s^7 + 3 s^6 + 5 s^5 + 8 s^4 + 9 s^3 + 5 s^2 + s[范例2-3]已知系统传递函数G(S)=10（S+5）/(S+0.5)(S+0.5)(S+3), 建立控制系统的传递函数模型。
>> k=10;>> z=[-5];>> p=[-0.5 -2 -3];>> sys=zpk(z,p,k)Zero/pole/gain:10 (s+5)-------------------(s+0.5) (s+2) (s+3)[范例2-4]已知二阶系统的自然频率为1和阻尼比为0.5，建立其传递函数（1）>> [num,den]=ord2(1,0.5);>> G=tf(num,den)Transfer function:1-----------s^2 + s + 1（2）>> [num,den]=zp2tf(z,p,k)num =0 0 10 50den =1.0000 5.5000 8.5000 3.0000>> [z,p,k]=tf2zp(num,den)z =-5p =-3.0000-2.0000-0.5000k =10>> [r,p,k]=residue(num,den)r =8.0000-20.000012.0000p =-3.0000-2.0000-0.5000k =[]>> [num,den]=residue(r,p,k)num =-0.0000 10.0000 50.0000den =1.0000 5.5000 8.5000 3.0000[范例2-6]已知系统传递函数G(S)=S*S+5S+6/S^3+2S^2+S.求其等效的零极点模型。
>> num=[1 5 6];den=[1 2 1 0];>> [z,p,k]=tf2zp(num,den);>> sys=zpk(z,p,k)Zero/pole/gain:(s+3) (s+2)-----------s (s+1)^2[范例2-7]已知三个模型的传递函数为G1(S)=5/S+1,G2(S)=2S+1/S,G3(S)=4/3S+1,试分别用两种方法求出三个模型串联后的等效传递函数模型。
>> num1=[5];den1=[1 1];num2=[2 1];den2=[1 0];num3=[4];den3=[3 1];>> [num0,den0]=series(num1,den1,num2,den2);>> [num,den]=series(num0,den0,num3,den3);>> printsys(num,den)num/den =40 s + 20------------------3 s^3 +4 s^2 + s[范例2-8]已知系统G(S)=2S^2+5S+1/S^2+2S+3, H(S)=5(S+2)/S+2,求负反馈闭环传递函数。
>> numg=[2 5 1];deng=[1 2 3];>> numh=[5 10];denh=[1 10];>> [num,den]=feedback(numg,deng,numh,denh);>> printsys(num,den)num/den =2 s^3 + 25 s^2 + 51 s + 10---------------------------11 s^3 + 57 s^2 + 78 s + 40[自我实践][2-1]建立控制系统的传递函数模型1，G(S)=5/S(S+1)(S^2+4S+4) 2,G(S)=S^2+4S+2/S^3(S^2+4)(S^2+4S)①>> num=5;>> den=conv([1,0],conv([1,1],[1,4,4]));>> Gs=tf(num,den)Transfer function:5-------------------------s^4 + 5 s^3 + 8 s^2 + 4 s②>> num=[1 4 2];>> den=conv([1,0],conv([1,0],conv([1,0],conv([1,0,4],[1,4,0])))); >> Gs=tf(num,den)Transfer function:s^2 + 4 s + 2----------------------------s^7 + 4 s^6 + 4 s^5 + 16 s^4[2-2] 自我实践[2-2] 建立控制系统的零极点模型，1，G(S)=8*(S+1-j)（S+1+j）/S^2(S+5)(S+6)(S^2+1)2，G(S)=1/S*(S+1)(S^3+S^2+1)①>> k=8;>> z=[-1+j -1-j];>> p=[0 0 -5 -6 j -j];>> sys=zpk(z,p,k)Zero/pole/gain:8 (s^2 + 2s + 2)--------------------------s^2 (s+5) (s+6) (s^2 + 1)②>> P=[1 1 0 1]P =1 1 0 1>> x=roots(P)x =-1.46560.2328 + 0.7926i0.2328 - 0.7926i>> k=1;>> z=[ ];>> p=[0 -1 -1.4656 0.2328 + 0.7926i 0.2328 - 0.7926i];>> sys=zpk(z,p,k)Zero/pole/gain:1-------------------------------------------s (s+1) (s+1.466) (s^2 - 0.4656s + 0.6824)自我实践[2-6]已知系统G(S)=2S+1/S^2+2S+3,求它的单位负反馈闭环传递函数。
num=[2 1];den=[1 2 3];[numc,denc]=cloop(num,den);printsys(numc,denc)Transfer function:num/den =2 s + 1-------------s^2 + 4 s + 4>>拓展思考：[自我实践2-7]已知一复杂系统，如图，试分别使用梅森增益公式和linmod()函数编程求系统等效闭环传递函数。
[方法一]：第三章线性系统的时域分析法[范例3-11]已知一个单位负反馈系统开环传递函数为G(S)=10K/S(0.1S+1),分别作出k=1和k=10时，系统单位阶跃响应曲线并求单位阶跃响应稳态误差。
1：K=10单位阶跃响应n1=100;d1=conv([1 0],[0.1 1]);G=tf(n1,d1);sys=feedback(G,1);roots(sys.den{1})Transfer function:ans =-5.0000 +31.2250i-5.0000 -31.2250i>>2：K=1 单位阶跃响应n1=10;d1=conv([1 0],[0.1 1]);G=tf(n1,d1);sys=feedback(G,1);roots(sys.den{1}) Transfer function:ans =-5.0000 + 8.6603i -5.0000 - 8.6603i>>[范例3-12]对范例3-11中的系统，分别作出K=0.1和K=1时，系统单位斜坡响应曲线并求单位斜坡响应稳态误差。
K=0.1K＝1[范例3-13]将实验内容（1）中的积分环节改换为一个惯性环节，开环增益为1，系统变为0型系统，结构图如图3-24所示。
在输入端分别给定单位阶跃信号和单位斜坡信号，重新仿真运行，在示波器Scope中观察系统响应曲线，并读出稳态误差。
阶跃响应稳态误差=0.5 2斜坡响应稳态误差无穷大[范例3-14]将实验内容（1）中开环增益改为1，在其前向通道中在增加一个积分环节，系统变为二型系统，如图3-27所示。