实验二 模拟控制系统的校正实验
机械工程控制理论基础 实验报告 附小结与心得
《机械控制理论基础》——实验报告班级：学号：姓名：目录实验内容实验一一阶环节的阶跃响应及时间参数的影响P3 实验二二阶环节的阶跃响应及时间参数的影响P9 实验三典型环节的频率特性实验P15 实验四机电控制系统的校正P20 实验心得…………………………………………P23实验一 一阶环节的阶跃响应及时间参数的影响● 实验目的通过实验加深理解如何将一个复杂的机电系统传递函数看做由一些典型环节组合而成，并且使用运算放大器来实现各典型环节，用模拟电路来替代机电系统，理解时间响应、阶跃响应函数的概念以及时间响应的组成，掌握时域分析基本方法 。
● 实验原理使用教学模拟机上的运算放大器，分别搭接一阶环节，改变时间常数T ，记录下两次不同时间常数T 的阶跃响应曲线，进行比较（可参考下图：典型一阶系统的单位阶跃响应曲线）。
典型一阶环节的传递函数：G （S ）=K （1+1/TS ） 其中： RC T = 12/R R K =典型一阶环节的单位阶跃响应曲线：● 实验方法与步骤1）启动计算机，在桌面双击“Cybernation_A.exe ”图标运行软件，阅览使用指南。
2）检查USB 线是否连接好，电路的输入U1接A/D 、D/A 卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D 、D/A 卡的AD1输入。
检查无误后接通电源。
3）在实验项目下拉框中选中本次实验，点击按钮，参数设置要与实验系统参数一致，设置好参数按确定按钮，此时如无警告对话框出现表示通信正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可继续进行实验。
● 实验内容1、选择一阶惯性环节进行实验操作由于一阶惯性环节更具有典型性，进行实验时效果更加明显。
惯性环节的传递函数及其模拟电路与实验曲线如图1-1： G （S ）= - K/TS+1RC T = 12/R R K =2、（1）按照电子电路原理图，进行电路搭建，并进行调试，得到默认实验曲线图1-2图1-2（2）设定参数：方波响应曲线（K=1 ；T=0.1s ）、（K=2；T=1s ），R1=100k Ω 3、改变系统参数T 、K （至少二次），观察系统时间响应曲线的变化。
实验二 交通灯的模拟控制实验
实验二交通灯的模拟控制实验一、实验目的1、用PLC构成交通灯控制系统；2、采用PLC编程语言编制控制程序并运行。
二、实验要求1、通过实验，加深理解学过的理论知识，掌握实验的基本原理。
2、受到必要的专业实验技能训练。
3、要求独立思考、独立动手来解决实际问题。
4、要学会正确使用仪器设备。
5、控制要求起动后，南北红灯亮并维持25s。
在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，1s后，乙车灯亮，表示乙车可以行走。
到20s时，东西绿灯闪亮，3s后熄灭，在东西绿灯熄灭后东西黄灯亮，同时乙车灯灭，表示乙车停止通行。
黄灯亮2s后灭东西红灯亮。
与此同时，南北红灯灭，南北绿灯亮。
1s后甲车灯亮，表示甲车可以行走。
南北绿灯亮了25s后闪亮，3s后熄灭，同时甲车灯灭，表示甲车停止通行。
黄灯亮2s后熄灭，南北红灯亮，东西绿灯亮，循环。
四、实验所用仪器1、PLC编程电脑一台2、PLC实验箱一个3、交通灯控制系统模块一块4、实验连接导线一套五、实验步骤和方法1、编制并调试程序2、联好仪器，接通电源3、运行程序六、实验注意事项经指导教师检查同意后，方可接通电源，进行实验。
七、实验预习要求预先编制控制程序再到实验室进行实验上机调试参考程序清单：八、实验报告要求实验报告的主要内容1、实验目的2、实验用仪器、设备、记录规格、型号、数量等3、实验原理方法简要说明4、实验程序及实验结果分析，根据实验目的和实验内容，对实验数据和曲线进行分析，并作出结论。
实验报告册样式实验步骤：1、控制要求起动后，南北红灯亮并维持25s。
在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，1s后，乙车灯亮，表示乙车可以行走。
到20s时，东西绿灯闪亮，3s后熄灭，在东西绿灯熄灭后东西黄灯亮，同时乙车灯灭，表示乙车停止通行。
黄灯亮2s后灭东西红灯亮。
与此同时，南北红灯灭，南北绿灯亮。
1s后甲车灯亮，表示甲车可以行走。
南北绿灯亮了25s后闪亮，3s后熄灭，同时甲车灯灭，表示甲车停止通行。
黄灯亮2s后熄灭，南北红灯亮，东西绿灯亮，循环。
自动控制原理实验报告 (1)
实验1 控制系统典型环节的模拟实验（一）实验目的：1．掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。
2．测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。
实验原理：控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，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。
实验内容及步骤实验内容：观测比例、惯性和积分环节的阶跃响应曲线。
实验步骤：分别按比例，惯性和积分实验电路原理图连线，完成相关参数设置，运行。
①按各典型环节的模拟电路图将线接好(先接比例)。
(PID先不接)②将模拟电路输入端(U i)与阶跃信号的输出端Y相连接；模拟电路的输出端(Uo)接至示波器。
③按下按钮(或松开按钮)SP时，用示波器观测输出端的实际响应曲线Uo(t)，且将结果记下。
改变比例参数，重新观测结果。
④同理得积分和惯性环节的实际响应曲线，它们的理想曲线和实际响应曲线。
实验数据实验二控制系统典型环节的模拟实验（二）实验目的1．掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。
2．测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。
实验仪器1．自动控制系统实验箱一台2．计算机一台实验原理控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，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。
实验内容及步骤内容：观测PI，PD和PID环节的阶跃响应曲线。
步骤：分别按PI，PD和PID实验电路原理图连线，完成相关参数设置，运行①按各典型环节的模拟电路图将线接好。
自控实验第二次报告
实验二典型系统瞬态响应及性能的改善1.实验目的1.学习瞬态性能指标的测试技能。
2.掌握参数对系统瞬态指标的测试技能。
3.了解和观测校正装置对系统稳定性及瞬态特性的影响。
2.实验设备PC 机一台，TD -ACC +实验系统一套3.实验内容1.观测开环传递函数G s 0.5(0.51)Ks s +（）=的典型二阶系统，在不同参数（K=4,5,10）下的阶跃响应。
2.观测开环传递函数10G s 0.5(0.51)s s +（）=的典型二阶系统，加入校正装置后系统动态性能的改善，并测试性能指标。
4.实验原理1.典型二阶系统瞬态响应典型二阶系统的传递函数为2B 2G ()21nn s s s ϖξϖ=++，ξ和n ϖ是决定二阶系统动态性能的两个重要参数，这两个参数的变化会引起系统节约响应的超调量、调节时间等动态性能指标的变化，图2-1是典型二阶模拟系统原理方框图，系统中其他参数不变的情况下，系统放大倍数K 的改变决定了参数ξ和n ϖ的变化，从而对系统研究动态性能产生影响。
系统的开环传递函数为01()(1)K G s T s T s =+闭环传递函数为2012222010101/()()1()2n n n K T T C s Ks K R s T T s T s K s s s s T T T ϖξϖϖΦ====++++++无阻尼自然频率n ϖ阻尼比ξ可以看出T 0、T 1一定时，改变K 值就可以改变ξ。
当=1ξ时，系统为临界阻尼，1ξ<为欠阻尼，1ξ>为过阻尼，欠阻尼系统比临界阻尼系统更快地达到稳态值，过阻尼系统反应迟钝，所以一般系统大都设计成欠阻尼系统。
当0<ξ<1,即欠阻尼情况时，典型二阶系统的单位阶跃响应为衰减震荡()10) (t 0)n t d C t ξϖϖ-=+≥峰值时间：t p d πϖ==超调量：p %100%e σ-=⨯调节时间：4(=2)s nt ξϖ=∆时图2-2是图2-1的模拟电路图。
pid控制实验报告[最新版]
![pid控制实验报告[最新版]](https://img.taocdn.com/s3/m/ab6b0408640e52ea551810a6f524ccbff121ca13.png)
pid控制实验报告pid控制实验报告篇一：PID控制实验报告实验二数字PID控制计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。
因此连续PID控制算法不能直接使用，需要采用离散化方法。
在计算机PID控制中，使用的是数字PID控制器。
一、位置式PID控制算法按模拟PID控制算法，以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t，以矩形法数值积分近似代替积分，以一阶后向差分近似代替微分，可得离散PID位置式表达式：Tu T ?kpeu=para; J=0.0067;B=0.1; dy=zeros= y= -+ = k*ts; %time中存放着各采样时刻rineu_1=uerror_1=error;%误差信号更新图2-1 Simulink仿真程序其程序运行结果如表2所示。
Matlab输出结果errori = error_1 = 表2 例4程序运行结果三、离散系统的数字PID控制仿真1．Ex5 设被控对象为G?num 仿真程序：ex5.m%PID Controller clear all; close all;篇二：自动控制实验报告六-数字PID控制实验六数字PID控制一、实验目的1．研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。
2．研究采样周期T对系统特性的影响。
3．研究I型系统及系统的稳定误差。
二、实验仪器1．EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台三、实验内容1．系统结构图如6-1图。
图6-1 系统结构图图中 Gc（s）=Kp（1+Ki/s+Kds） Gh（s）=（1－e）/s Gp1（s）=5/（（0.5s+1）（0.1s+1）） Gp2（s）=1/（s（0.1s+1））-TS 2．开环系统（被控制对象）的模拟电路图如图6-2和图6-3，其中图6-2对应GP1（s）,图6-3对应Gp2（s）。
图6-2 开环系统结构图1 图6-3开环系统结构图2 3．被控对象GP1（s）为“0型”系统，采用PI控制或PID控制，可使系统变为“I型”系统，被控对象Gp2（s）为“I型”系统，采用PI控制或PID控制可使系统变成“II型”系统。
自动控制原理实验报告
学生实验报告PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值()t r 与实际输出值()t y 构成控制偏差()t e()()()t y t r t e -=（2.2.1）将偏差的比例()P 、积分()I 和微分()D 通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID 控制器。
其控制规律为()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=⎰dt t de T dt t e T t e K t u D tp 011(2.2.2)或写成传递函数的形式()()()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++==s T s T K s E s U s G D p 111(2.2.3) 式中：p K ——比例系数；I T ——积分时间常数；D T ——微分时间常数。
在控制系统设计和仿真中，也将传递函数写成()()()sK s K s K s K s K K s E s U s G I p D D Ip ++=++==2(2.2.4) 式中：P K ——比例系数；I K ——积分系数；D K ——微分系数。
上式从根轨迹角度看，相当于给系统增加了一个位于原点的极点和两个位置可变的零点。
简单说来，PID 控制器各校正环节的作用如下：A 、比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号()t e ，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。
B 、积分环节：主要用于消除稳态误差，提高系统的型别。
积分作用的强弱取决于积分时间常数I T ，I T 越大，积分作用越弱，反之则越强。
C 、微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。
2、 PID 参数的确定方法 （1） 根轨迹法确定PID 参数 PID 的数学模型可化为：()s K s K s K s G IP D ++=2从仿真曲线看出未校正系统震荡不稳定。
设球杆系统PID 校正的结构图为如图2.2.5 示：要求采用凑试法设计PID校正环节，使系统性能指标达到调节时间小于令Kp=2.5，Ki=1.2，Kd=1.5，SampleTime=-1，位移响应曲线如下：令Kp=2，Ki=1.2，Kd=1.5，SampleTime=-1，位移响应曲线如下：令Kp=2.1，Ki=1.2，Kd=1.5，SampleTime=-1，位移响应曲线如下：令Kp=2.4，Ki=1.2，Kd=1.5，SampleTime=-1，位移响应曲线如下：令Kp=2.5，Ki=1.2，Kd=1.5，SampleTime=-1，位移响应曲线如下：令Kp=2.6，Ki=1.2，Kd=1.5，SampleTime=-1，位移响应曲线如下：PID参数整定：Time Offset(s) Kp Ki Kd SampleTime sT(s) %5 2.5 0.9 1.5 -1 23 4%学生实验报告从仿真曲线看出未校正系统震荡不稳定。
实验二、控制系统的瞬态响应及其稳定性分析
实验报告课程名称：_______控制理论实验_______指导老师：___________成绩：__________________ 实验名称：___控制系统的瞬态响应及其稳定性分析__实验类型：___同组学生姓名：_______一、实验目的1．学习瞬态性能指标的测试方法；2．记录不同开环增益时二阶系统的阶跃响应曲线，并测出超调量σP %、峰值时间t p 和调节时间t s ；3．了解闭环控制系统的稳定和不稳定现象，并加深理解线性系统的稳定性与其结构和参量有关，而与外作用无关的性质。
二、实验原理对二阶系统加入阶跃信号时，其响应将随着系统参数变化而变化。
其特性由阻尼比ξ、无阻尼自然频率ωn 来描述。
当两个参数变化时，将引起系统的调节时间、超调量、振荡次数的变化。
二阶系统方框图如图4-2-1图4-2-1 二阶系统方框图其闭环传递函数的标准形式为 { EMBED Equation.3 |222122)1()()(nn n s s K s T s T Ks R s C ωξωω++=++=无阻尼自然频率阻尼比本实验中为0.2s ，为0.5s ． 因此这就是说K 值的变化，就可以得到不同ξ值的阶跃响应曲线。
三阶系统的框图如图4-2-2所示。
其开环传递函数为若取=0.2s =0.5s改变惯性时间常数T 2和开环增益K ，可以得到不同的阶跃响应。
若调节K 值大小，可改变系统的稳定性。
如在实验中，取=0.2s =0.1s =0.5s4-2-2三阶系统方框图专业：____电自_______ 姓名：____王强________学号：__3110103065___ 日期：_____11、1____ 地点：___教二-213_______ +_+则得系统的特征方程用劳斯判据求出系统临界稳定的开环增益为7.5，即K<7.5时，系统稳定K>7.5时，系统不稳定。
控制系统本身的参数对阶跃响应性能有直接影响。
以上述三阶系统为例，开环增益和三个时间常数的变化都将使输出响应变化。
控制工程基础实验教案
一. 实验教学目的和任务机械设计制造及其自动化、机械电子工程专业培养目标为机械与电子结合、信息与控制相结合的宽口径的人才，要求学生有扎实的基础理论知识、较强的实践动手能力与创新能力。
因而要求本专业的学生必须掌握《控制工程基础》的相关基础知识。
实验的主要目的是使学生通过实验中的系统设计及理论分析，帮助学生进一步理解自动控制系统的设计和分析方法，综合应用所学的工程数学、模拟电路、数字电路等基础知识，培养控制系统的独立设计与研究开发能力，从自动控制工程的角度自觉地建立系统的思维方法。
二. 实验教学基本要求1. 本实验课程单独设课，教师需向学生讲解实验课程的性质，任务，要求，课程安排和进度，平时考核内容，期末考试办法，实验守则及实验室安全制度等。
2. 实验课以设计性与验证性实验为主，实验指导书中给出设计题目与方法，也可由学生自主设计实验方法，实验前学生必需进行预习，设计报告经教师批阅后，方可进入实验室进行实验。
3. 在规定的时间内，学生分组独立完成，出现问题，教师要引导学生独立分析解决，不得包办代替。
4. 任课教师要认真上好每一堂课，实验前清点学生人数，实验中按要求做好学生实验情况及结果记录，实验后认真填写实验开出记录。
5. 学生必须严格遵守实验室规定，实验分组独立进行。
实验完成后一周内学生完成实验报告，指导教师二周内完成实验报告的批改、成绩登记，并上交相关文件存档。
三. 实验教学内容本课程实验教学安排以下2个实验。
可根据具体教学情况及实验设备性能情况，在THBCC-1信号与系统·控制理论及计算机技术实验平台实验指导书所给13个实验中合理选取2个实验项目进行。
实验项目一：控制系统时域分析实验项目二：控制系统频域分析四. 实验项目与学时分配实验项目与学时分配表五. 实验考核办法与成绩评定实验考核成绩占课程总成绩的权重为10%，计入平时成绩。
六. 实验教材（或参考书、指导书）本专业实验采用自编实验指导书。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验二 模拟控制系统的校正实验
一、实验目的
了解校正在控制系统中的作用。
二、实验内容
设计一个串联校正装置来改善系统性能，使其满足指定的指标要求。
1.未校正系统模拟电路
未校正系统的电路图如下图所示：
510k 可得未校正系统的环传递函数为：
5
16
32
8221865
163)()
()(R R R R s C R s C C R R R R R R s U s U s G r c B ++==
注意：式中的负号说明输出与输入反相，即输入输出间的相位差为180°；与系统的稳定性及动态特性无关。
将元器件参数R 1=R 3=R 5=100k Ω，R 6=510k Ω，R 8=240k Ω，C 1=C 2=1μF 代入之后，可得
667
.41961.1667
.411.524.01224.01.5)(2
2++-≈++-
=s s s s s G B 上面所得闭环传递函数是未校正系统的理论分析结果，工程实际中为了分析估计的方
便，将开环传递函数近似处理为
)
15.0(20)151.0(25.2124.01224.01.5228221865
16
3+-≈+-=+-=+-s s s s s s s C R s C C R R R R R R 如此一来，化简之后的未校正系统的闭环传递函数为
40
240
)(2++-
=s s s G B
系统的无阻尼自然频率为
)/(324.640s rad n ≈=ω
阻尼比为
158.01
≈=
n
ωζ
所以，未校正时系统的超调量为
%5.60605.02
1=≈=--
ζζπ
e
M p
取误差Δ=0.02，则调整时间为
)(003.44
s t n
s ≈=
ζω
系统静态速度误差系数K v 等于I 型系统的开环增益，即
20=v K （1/s ）
2.校正后的系统
校正后系统的阶跃响应测试在自制实验电路板上进行，观察、测量并记录校正后的系统在阶跃信号控制下的输出波形，计算时域性能指标。
三、实验仪器
双路输出稳压电源×1 2×1.5V 干电池×1 运算放大器741×3 钮子开关×1 色环电阻×9 电容×2
数字万用表×1 面包板×1 泰克示波器×1
“校正后的系统模拟实验”实验板×1 尖嘴镊子×1
四、数据分析
1．未校正系统电模拟
表1 校正前二阶系统阶跃响应测试数据记录表
实验结果与理论值比较结果：稳态终值，峰值时间以及峰值上有差异； 产生误差原因：①元件参数值不一定为标好数值； ②电源电压的不稳定； ③环境的影响。
2．二阶系统电模拟
表二 校正后二阶系统阶跃响应测试数据记录表
校正前，校正后系统的性能变化：峰值时间，调整时间，超调量明显减小，输出波形振荡次
数明显减少，且更加符合阶跃响应理论波形。
五、实验思考
1. 校正前系统的输出为何与输入相反？
答：因为321F F F 均是反相放大，因此输出与输入相反。
2．校正后的系统电模拟线路原理图中F 5的作用是什么？
F处于反馈回路中，它减少了一些干扰因素对实验结果的影响，使得电路输出结果更答：
5
加稳定。