控制工程实验
控制工程基础实验教学大纲
控制工程基础实验教学大纲控制工程基础实验教学大纲是控制工程专业学生必须学习的一门重要课程。
它是控制工程学科的基础，对培养学生的实践能力和创新能力具有重要作用。
本文将从实验教学大纲的制定背景、目标和内容三个方面探讨控制工程基础实验教学大纲的重要性和必要性。
一、制定背景控制工程是一门应用广泛且发展迅速的学科，控制工程专业的学生需要具备扎实的理论基础和丰富的实践经验。
而实验教学是培养学生实践能力和创新能力的重要途径。
控制工程基础实验教学大纲的制定背景就是为了规范实验教学内容和方法，提高实验教学质量，培养学生的实践能力和创新能力。
二、目标控制工程基础实验教学大纲的目标是培养学生的实践能力和创新能力。
实验教学可以帮助学生巩固理论知识，提高动手能力和解决问题的能力。
通过实验教学，学生可以学会运用理论知识解决实际问题，培养实践能力。
同时，实验教学还可以激发学生的创新意识和创新能力，培养学生的创新思维和创新能力。
三、内容控制工程基础实验教学大纲的内容包括实验的基本原理、实验的基本方法和实验的基本技能。
实验的基本原理是指实验的理论依据和基本原理，学生需要通过实验来验证和应用这些原理。
实验的基本方法是指实验的设计和实施方法，学生需要学会设计实验方案、选择实验仪器和设备，并进行实验操作。
实验的基本技能是指实验的操作技能，学生需要学会使用实验仪器和设备，并进行实验操作。
控制工程基础实验教学大纲的内容还包括实验的基本要求和实验的评价标准。
实验的基本要求是指学生在实验中应该达到的要求，包括实验的目标、实验的内容和实验的方法。
实验的评价标准是指对学生实验成果进行评价的标准，包括实验报告、实验数据和实验结果的评价。
控制工程基础实验教学大纲的制定需要综合考虑课程的教学目标、学生的学习能力和实验条件等因素。
同时，还需要根据实际情况进行调整和完善，以适应不同学生的需求和实际情况。
总之，控制工程基础实验教学大纲的制定是为了规范实验教学内容和方法，提高实验教学质量，培养学生的实践能力和创新能力。
控制工程实验报告
控制工程实验报告1. 引言控制工程是一门研究如何通过设计和操作系统来达到预期目标的学科。
实验是控制工程学习过程中重要的一部分，通过实验可以加深对控制理论的理解，提高实际操作能力。
本实验报告旨在总结和分析在进行控制工程实验时所遇到的问题和解决方法。
2. 实验背景本次实验旨在研究单输入单输出（SISO）的控制系统。
通过建模、设计和实施控制器，我们将探讨如何使系统达到期望的性能指标。
在实验过程中，我们使用了控制工程中常用的方法和工具，如PID控制器、校正方法和稳定性分析等。
3. 实验目标本实验的主要目标是设计一个PID控制器来控制一个特定的系统，使其满足给定的性能要求。
具体目标如下： - 理解PID控制器的原理和工作方式； - 利用实验数据建立系统的数学模型； - 利用系统模型设计优化的PID控制器； - 分析和评估实验结果，判断控制系统的稳定性和性能。
4. 实验过程实验分为以下几个步骤： ### 4.1 建立系统模型首先，我们需要对所控制的系统进行建模。
使用传感器收集系统的输入和输出数据，并通过系统辨识方法分析这些数据，得到系统的数学模型。
常用的辨识方法包括最小二乘法和频域分析法。
4.2 设计PID控制器基于系统模型的分析，我们可以设计PID控制器。
通过调整PID控制器的参数，如比例增益、积分时间常数和微分时间常数，我们可以优化控制系统的性能。
4.3 实施控制器将设计好的PID控制器实施到实际系统中。
在实验中，我们需要将传感器和控制器与被控对象连接，并配置合适的控制策略。
4.4 性能评估通过收集系统的输入和输出数据，并利用系统模型进行仿真和分析，我们可以评估控制系统的性能。
常见的评估指标包括超调量、上升时间和稳态误差等。
5. 实验结果与分析根据实验数据和分析结果，我们得到了以下结论： - PID控制器可以有效地控制被控对象，使其稳定在期望值附近； - 通过适当调整PID控制器的参数，我们可以优化控制系统的性能； - 预测模型与实际系统存在一定差异，可能需要进一步改进和校正。
控制工程实验-第6章
• 如果对具有速度函数性质的输入信号要求稳态 误差为零，则系统必须是 II 型或高于I单位加速度输入的稳态误差是
essls i0m s1G 1(s)s13s2G 1(s)
定义静态加速度误差系数为
Ka
lims2G(s) s0
在一个给定的系统中，输出量可以是位置、
速度、压力、温度等，然而，输出量的物理形式 对控制系统的分析并不重要，因此，可称系统输 出量是“位置”，输出量的变化率为“速度”等。
将阶跃、斜坡、加速度等输入信号称为广义 位置、速度、加速度信号。
静态位置误差系数
系统对单位阶跃输入的稳态误差是
11 1 essls i0m s1G(s)s1G(0)
一般情况下， H(s)H为常值，因此
ess ss H • 稳态误差取决于系统结构参数和输入信号 • 求解稳态误差首先必须判断系统的稳定性
6.2.2 静态误差系数
1、控制系统的类型
控制系统可以按照它们跟踪阶跃输入、 斜坡（速度）输入、加速度输入等信号的 能力来分类，因为实际的输入往往可以认 为是这些输入的组合，所以这样的分类是 合理的。由这些特定的输入所引起的稳态 误差的大小表征了系统的“优良度”。
控制工程基础
第六章 控制系统的误差分析
和计算
系统在达到稳态时，输出量与希望输 出量之间的误差称为稳态误差。稳态误差 是控制系统准确度的一种度量。
对于稳定的控制系统，它的稳态性能 一般是根据阶跃、速度或加速度输入所引 起的稳态误差来判断的。本章所研究的稳 态误差是由于系统不能很好地跟踪特定形 式的输入信号或者由于扰动作用而引起的 稳态误差，即系统原理性误差。
本节要点：
了解动态误差系数概念及计算动态 误差的方法。
控制工程基础实验指导书(答案) 2讲解
实验二二阶系统的瞬态响应分析一、实验目的1、熟悉二阶模拟系统的组成。
2、研究二阶系统分别工作在ξ=1，0<ξ<1，和ξ> 1三种状态下的单位阶跃响应。
3、分析增益K对二阶系统单位阶跃响应的超调量σP、峰值时间tp和调整时间ts。
4、研究系统在不同K值时对斜坡输入的稳态跟踪误差。
5、学会使用Matlab软件来仿真二阶系统，并观察结果。
二、实验仪器1、控制理论电子模拟实验箱一台；2、超低频慢扫描数字存储示波器一台；3、数字万用表一只；4、各种长度联接导线。
三、实验原理图2-1为二阶系统的原理方框图，图2-2为其模拟电路图，它是由惯性环节、积分环节和反号器组成，图中K=R2/R1，T1=R2C1，T2=R3C2。
图2-1 二阶系统原理框图图2-1 二阶系统的模拟电路由图2-2求得二阶系统的闭环传递函1222122112/() (1)()/O i K TT U S K U S TT S T S K S T S K TT ==++++ :而二阶系统标准传递函数为(1)(2), 对比式和式得n ωξ==12 T 0.2 , T 0.5 , n S S ωξ====若令则。
调节开环增益K 值，不仅能改变系统无阻尼自然振荡频率ωn 和ξ的值，可以得到过阻尼(ξ>1)、临界阻尼（ξ=1）和欠阻尼（ξ<1）三种情况下的阶跃响应曲线。
（1）当K >0.625， 0 < ξ < 1，系统处在欠阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为：图2-3 0 < ξ < 1时的阶跃响应曲线（2）当K =0.625时，ξ=1，系统处在临界阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为：如图2-4为二阶系统工作临界阻尼时的单位响应曲线。
(2) +2+=222nn nS S )S (G ωξωω1()1sin( 2-3n to d d u t t tgξωωωω--=+=式中图为二阶系统在欠阻尼状态下的单位阶跃响应曲线etn o n t t u ωω-+-=)1(1)(图2-4 ξ=1时的阶跃响应曲线（3）当K < 0.625时，ξ> 1，系统工作在过阻尼状态，它的单位阶跃响应曲线和临界阻尼时的单位阶跃响应一样为单调的指数上升曲线，但后者的上升速度比前者缓慢。
控制工程基础实验报告
控制工程基础[英]实验实验一.典型环节的模拟研究：已知一个小车、倒单摆系统非线性系统方程为：( 2.92)0.008x x u =-+20.004sin 36cos n n x θωθωθθ=-+-其中假设 (0)0;(0)0.2x x ==，(0)0;(0); 6.781,n θθπω===（1）要求绘出系统[0,10]t ∈的状态响应曲线（2）并将上述系统在0θ≈的条件下线性化，并要求绘出线性化后系统[0,10]t ∈的状态响应曲线，并与非线性系统状态响应曲线相比较。
(1)下面利用Simulink 对该系统进行仿真如下图所示。
图1.倒单摆系统仿真图在图中已经对主要信号进行了标注下面给出每个未标注信号后加入放大器的增益：008.092.2=阶跃K 008.01-=一阶微分x K 98.45=二阶微分θK通过示波器Scope 和Scope1观察x(t)和θ(t)的波形图如下所示。
图2.x(t)波形图3.θ(t)波形（2）将上述系统在0θ≈的条件下线性化，则方程组改写成如下形式：( 2.92)0.008x x u=-+20.004sin36n n xθωθωθ=-+-在Simulink中对系统仿真如下所示。
图4.线性化后仿真系统通过示波器模块可以观察输出信号，图形如下图所示。
图5.x(t)输出波形图6.θ（t ）输出波形实验二.典型系统时域响应动、静态性能和稳定性研究； 已知系统的开环传递函数为2()11G s s s =++（1）利用已知的知识判断该开环系统的稳定性（系统的特征方程根、系统零极点表示法）。
（2）判别系统在单位负反馈下的稳定性，并求出闭环系统在[0,10]t ∈内的脉冲响应和单位阶跃响应，分别绘制出相应响应曲线。
（1）该系统的特征方程的根、零极点表示的求解代码如下：输出结果如下图所示。
图7.特征方程求根结果图8.零极点分布图从图中可以看出两个极点在虚轴上，所以该系统处于临界稳定状态。
控制工程实验报告
图2-4 =1时的阶跃响应曲线
（3）当K 0.625时， 1，系统工作在过阻尼状态，它的单位阶跃响应 曲线和临界阻尼时的单位阶跃响应一样为单调的指数上升曲线，但后者 的上升速度比前者缓慢。
四、实验内容与步骤
1、根据图2-2，调节相应的参数，使系统的开环传递函数为： 将调节后的电路图画出，并标出所选各元器件的参数值。
四、实验内容与步骤
1、分别画出比例、惯性、积分、比例微分环节的电子电路； 2、熟悉实验设备并在实验设备上分别联接各种典型环节； 3、按照给定的实验参数，利用实验设备完成各种典型环节的阶跃特性 测试，观察并记录其单位阶跃响应波形。
五、实验报告
1、画出四种典型环节的实验电路图，并标明相应的参数； 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
4、各种长度联接导线。
三、实验原理
图2-1为二阶系统的原理方框图，图2-2为其模拟电路图，它是由惯
性环节、积分环节和比例环节组成，图中K=R2/R1， T2=R3C2。
T1=R2C1，
图2-1 二阶系统原理框图
图2-2 二阶系统的模拟电路
由图2-2求得二阶系统的闭环传递函
（2-1） 而二阶系统的标准传递函数为：
一、实验目的
1、 熟悉二阶模拟系统的组成；
2、 研究二阶系统分别工作在=1， 0< <1， 和 1三种状态下的单
位阶跃响应；
3、 分析增益K对二阶系统单位阶跃响应的超调量P、峰值时间tp
和调整时间ts。
二、实验仪器设备
1、控制理论电子模拟实验箱一台；
2、超低频慢扫描数字存储示波器一台；
3、数字万用表一只；
对比式(2-1)和式（2-2）得 。调节开环增益K值，不仅能改变系统无阻尼自然振荡频率ωn和的
控制工程基础实验报告
控制工程基础实验报告控制工程基础实验报告引言：控制工程是一门涉及自动化、电子、计算机等多个学科的交叉学科，其实验是培养学生动手能力和实践能力的重要环节。
本篇文章将以控制工程基础实验为主题，探讨实验的目的、过程和结果等方面。
实验目的：控制工程基础实验的目的是让学生通过实践了解控制系统的基本原理和方法，培养其分析和解决问题的能力。
通过实验，学生可以掌握闭环控制系统的设计与调试技巧，加深对控制理论的理解。
实验内容：本次实验的内容是设计一个简单的温度控制系统。
系统由温度传感器、控制器和加热器组成。
温度传感器采集环境温度，控制器根据设定的温度值来控制加热器的工作状态，以维持温度在设定值附近。
实验步骤：1. 搭建实验平台：将温度传感器、控制器和加热器按照实验要求连接起来，确保电路正常工作。
2. 设计控制算法：根据控制系统的要求，设计合适的控制算法。
可以采用比例控制、积分控制或者PID控制等方法。
3. 参数调试：根据实验平台和控制算法的特点，调试控制器的参数，使系统能够快速、稳定地响应设定值的变化。
4. 实验数据采集：通过实验平台上的数据采集器，记录系统的输入和输出数据，以便后续分析和评估。
实验结果：经过实验，我们得到了一组温度控制系统的数据。
通过对这些数据的分析，我们可以评估系统的控制性能和稳定性。
在实验中，我们使用PID控制算法，经过参数调试，得到了较好的控制效果。
系统能够在设定值附近稳定工作，并且对设定值的变化能够快速响应。
实验总结：通过这次实验，我们深入了解了控制工程的基本原理和方法。
实践中遇到的问题和挑战，锻炼了我们的动手能力和解决问题的能力。
实验结果表明，合适的控制算法和参数调试是实现良好控制效果的关键。
控制工程实验的重要性不言而喻，它不仅是理论学习的延伸，更是培养学生实践能力的重要途径。
结语：控制工程基础实验是掌握控制工程理论和方法的重要环节。
通过实践，学生能够更好地理解和应用所学知识，提高解决实际问题的能力。
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。
控制工程实验-
控制工程实验简介控制工程是研究如何通过对系统进行学习、监测和调节来实现稳定运行和优化性能的一门学科。
控制工程实验是掌握和应用控制工程理论的重要手段，通过实验可以使学生更好地理解和掌握控制系统的原理、方法和技术。
本文将介绍控制工程实验的基本内容，并且通过实例来演示实验的设计、操作和分析。
实验目的本次控制工程实验的目的是通过设计和搭建一个简单的温度控制系统，掌握控制系统的基本概念和方法，了解控制系统的建模、设计、分析和调节。
以下是本次实验所需的器材和设备：•温度传感器•控制器•电磁阀•加热器•实验台板•电源供应器•连接电缆•计算机步骤一：系统建模1.搭建实验台板，将温度传感器、控制器、电磁阀和加热器按照实验要求连接起来。
2.将温度传感器放置在被控对象（例如水箱）中，通过测量水温来获取反馈信号。
3.将控制器与温度传感器和电磁阀连接，实现控制信号的输入和输出。
4.根据实验要求，确定系统的传递函数或状态空间模型。
步骤二：系统分析1.在控制器中设定一个目标温度值，例如40℃。
2.记录温度传感器获取的实际温度值，并绘制实际温度随时间变化的曲线图。
3.通过对比目标温度和实际温度的曲线，分析系统的稳定性、响应速度和误差大小。
4.通过调节控制器的参数，观察系统的响应变化，并分析参数对系统性能的影响。
步骤三：系统调节1.根据系统的传递函数或状态空间模型的特性，确定合适的控制策略和参数范围。
2.通过试控制和观察，逐步调节控制器的参数，使系统的响应更接近预期的性能要求。
3.记录参数调节前后系统的响应曲线，并进行比较和分析。
步骤四：实验总结1.根据实验结果和分析，总结控制系统的性能和调节方法。
2.分析实验中可能存在的误差来源和改进措施。
3.总结实验的收获和经验，提出对控制工程实验的改进意见。
实验结果与分析通过实验的设计和操作，我们成功搭建了一个简单的温度控制系统，并进行了系统的分析和调节。
实验结果显示，控制系统在参数调节前的初始状态下，系统的响应速度较慢，稳定性较差，误差较大。
控制工程基础实验报告
控制工程基础实验姓名：专业：机电班级：02 学号：1003120225实验一：比较二阶系统在不同阻尼比下的时间响应一、实验目的1.熟悉MA TLAB软件环境，学会编写matlab文件（***.m）和使用SIMULINK建模，进行时间响应分析。
二、实验要求1.编写m文件，使用命令sys=tf(num,den)，建立二阶系统的传递函数模型；2.编写m文件，使用命令impulse(sys)，画出二阶系统在不同阻尼比下的脉冲响应曲线簇；3.编写m文件，使用命令step(sys)，画出二阶系统在不同阻尼比下的阶跃响应曲线簇；4.根据阶跃响应曲线，记录不同阻尼比下的时域性能指标，列表写出实验报告，并分析阻尼比和无阻尼自然频率对于性能的影响；5.利用SIMULINK建立方框图仿真模型，进行阶跃响应实验，学会使用workspace的数组变量传递，使用命令plot(X,Y)画出阶跃响应图。
三、实验过程1.编写m文件，使用命令sys=tf(num,den)，建立二阶系统的传递函数模型M文件如下：clear;clc;num=[1];den=[1 2 1];sys=tf(num,den)运行结果：Transfer function:1-------------s^2 + 2 s + 12.编写m文件，使用命令impulse(sys)，画出二阶系统在不同阻尼比下的脉冲响应曲线簇M文件如下：clear;clc;k=1;xi=[0.1 0.4 0.8 1 5 8];wn=1;for i=1:length(xi);sys=tf([k*wn^2],[1 2*xi(i)*wn wn^2]);impulse(sys);hold on;endhold offgrid运行结果：3.编写m文件，使用命令step(sys)，画出二阶系统在不同阻尼比下的阶跃响应曲线簇M文件如下：clear;clc;k=1;xi=[0.1 0.4 0.8 1 5 8];wn=1;for i=1:length(xi);sys=tf([k*wn^2],[1 2*xi(i)*wn wn^2]);step(sys);hold on;endhold offgrid运行结果：4.根据阶跃响应曲线，记录不同阻尼比下的时域性能指标，列表写出实验报告，并分析阻尼比和无阻尼自然频率对于性能的影响利用时域响应特性函数function [tr,tp,mp,ts,td]=texing(sys,xi,m,n)求得系统在不同阻尼比xi下阶跃响应的时域特性指标（texing函数见附录）。
控制工程基础实验步骤内容
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。
二．实验原理(典型环节的方块图及传递函数)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W A VE程序即可，WA VE程序的详细使用说明见W A VE软件的帮助文本。
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，该环节用A和C单元构建；在A单元中分别选取R1=100K和R1=200K的反馈阻值。
实验步骤：（1）将信号发生器（U）的插针‘TD2’用“短路套”短接，使模拟电路中的场效应管夹断，这时运放处于工作状态。
注：‘TB41'不能用“短路套”短接！（2）构造0~5V阶跃信号：I单元中的电位器右上边用‘短路套’短接GND，G单元中的OV/5V测孔连线到I单元的RN2测孔，按下G单元中的按键，在I单元中的电位器中心KV测孔可得到阶跃信号输出，其值为OV~5V可调。
（3）反馈阻值R1=100K时，A单元中的TA15和TA112用“短路套”短接，C单元中的TA36和TA313用“短路套”短接；反馈阻值R1=200K时，A单元中的TA15和TA111用“短路套”短接，C单元中的TA36和TA313用“短路套”短接。
（4）把A单元的AOUT1测孔连线到C单元的1H3测孔；将模拟电路输入端Ui（1H1）与阶跃信号的输出KV相联接；模拟电路的输出端Uo（AOUT3）接至示波器。
（5）按下G单元中按钮时，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, 它们的理想曲线和实际响应曲线见表2-1-1。
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，该环节用B，D单元构建；在B单元或D单元中分别选取R1=10K和R1=20K的反馈阻值。
控制工程基础实验报告
控制系统的仿真数学模型系别：机电工程系班级：1301班专业：机械设计制造及其自动化姓名：学号：201309011指导教师：刘春艳一、实验目的由系统的结构方框图得到控制系统模型，其传递函数方框图，用SIMULINK 模型结构图化简控制系统模型，分析系统的阶跃响应，并绘制响应曲线。
二、上机内容1、 Matlab 基础2、 Matlab 中系统建模3、 Matlab 分析系统的动态特性三、实验平台Windows 98或2000或XP Matlab 6.1以上版本四、操作过程、源程序和计算结果：3.15二阶系统的闭环传递函数为()2222nn n s s s G ωξωω++=式中二阶系统固有频率n ω=10 rad/s,试求该系统在欠阻尼、临界阻尼、过阻尼、零阻尼及负阻尼状态下的单位阶跃响应。
(1)欠阻尼，当取二阶系统阻尼分别为ξ=0.2、0.4、0.6、0.8时，仿真模型如下图所示(2) 临界阻尼、过阻尼、零阻尼及负阻尼状态下的单位阶跃响应，当取二阶系统阻尼分别为 =1.0、1.5、0.0、-0.2时，仿真模型如下图所示例题3.16 某单位反馈控制系统框图如下图所示。
试分析开环放大系数K对该系统稳定性的影响。
3-18 对于典型二阶系统,()2222nn n s s s G ωξωω++= ,要求： 1.当固有振荡频率=n ω6rad/s ，阻尼比分别为0.1,0.2, ------0.9,1.0,2.0时系统的单位阶跃响应曲线和单位脉冲曲线；2.当阻尼比7.0=ξ时，固有频率分别为2,4,6,8,10,12rad/s 时的单位阶跃响应曲线和单位脉冲响应曲线。
(1)t=[0:0.1:10];num=[36];den1=[1 1.2 36];sys1=tf(num,den1);den2=[1 2.4 36];sys2=tf(num,den2);den3=[1 3.6 36]; sys3=tf(num,den3);den4=[1 4.8 36];sys4=tf(num,den4);den5=[1 6 36];sys5=tf(num,den5);den6=[1 7.2 36];sys6=tf(num,den6);den7=[1 8.4 36];sys7=tf(num,den7);den8=[1 9.6 36];sys8=tf(num,den8);den9=[1 10.8 36];sys9=tf(num,den9);den10=[1 12 36];sys10=tf(num,den10);den11=[1 24 36];sys11=tf(num,den11);step(sys1,sys2, sys3, sys4, sys5, sys6, sys7, sys8, sys9, sys10, sys11, t);grid on;t=[0:0.1:6];num=[36];den1=[1 1.2 36]; sys1=tf(num,den1); den2=[1 2.4 36]; sys2=tf(num,den2); den3=[1 3.6 36]; sys3=tf(num,den3); den4=[1 4.8 36]; sys4=tf(num,den4); den5=[1 6 36];sys5=tf(num,den5); den6=[1 7.2 36]; sys6=tf(num,den6); den7=[1 8.4 36];sys7=tf(num,den7);den8=[1 9.6 36];sys8=tf(num,den8);den9=[1 10.8 36];sys9=tf(num,den9);den10=[1 12 36];sys10=tf(num,den10);den11=[1 24 36];sys11=tf(num,den11);impulse(sys1,sys2, sys3, sys4, sys5, sys6, sys7, sys8, sys9, sys10, sys11, t);grid on;(2)t=[0:0.1:5];den1=[1 2.84];sys1=tf([4],den1);den2=[1 5.616];sys2=tf([16],den2);den3=[1 8.436];sys3=tf([36],den3);den4=[1 11.264];sys4=tf([64],den4);den5=[1 14100];sys5=tf([100],den5);den6=[1 16.8144];sys6=tf([144],den6);step(sys1,sys2, sys3, sys4, sys5, sys6, t); grid on;t=[0:0.1:6];den1=[1 2.84];sys1=tf([4],den1);den2=[1 5.616];sys2=tf([16],den2);den3=[1 8.436];sys3=tf([36],den3);den4=[1 11.264];sys4=tf([64],den4);den5=[1 14100];sys5=tf([100],den5);den6=[1 16.8144];sys6=tf([144],den6);impulse(sys1,sys2, sys3, sys4, sys5, sys6, t); grid on;。
控制工程基础实验指导书(答案)
控制工程基础实验指导书自控原理实验室编印（内部教材）实验项目名称：（所属课程：）院 系： 专业班级： 姓 名： 学 号：实验日期： 实验地点： 合作者： 指导教师：本实验项目成绩： 教师签字： 日期：（以下为实验报告正文）一、实验目的简述本实验要达到的目的。
目的要明确，要注明属哪一类实验（验证型、设计型、综合型、创新型）。
二、实验仪器设备列出本实验要用到的主要仪器、仪表、实验材料等。
三、实验内容简述要本实验主要内容，包括实验的方案、依据的原理、采用的方法等。
四、实验步骤简述实验操作的步骤以及操作中特别注意事项。
五、实验结果给出实验过程中得到的原始实验数据或结果，并根据需要对原始实验数据或结果进行必要的分析、整理或计算，从而得出本实验最后的结论。
六、讨论分析实验中出现误差、偏差、异常现象甚至实验失败的原因，实验中自己发现了什么问题，产生了哪些疑问或想法，有什么心得或建议等等。
七、参考文献列举自己在本次准备实验、进行实验和撰写实验报告过程中用到的参考文献资料。
格式如下作者，书名（篇名），出版社（期刊名），出版日期（刊期），页码实验一 控制系统典型环节的模拟一、实验目的、掌握比例、积分、实际微分及惯性环节的模拟方法； 、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性； 、了解典型环节中参数的变化对输出动态特性的影响。
二、实验仪器、控制理论电子模拟实验箱一台；、超低频慢扫描数字存储示波器一台；、数字万用表一只；、各种长度联接导线。
三、实验原理以运算放大器为核心元件，由其不同的 输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图 所示。
图中 和 为复数阻抗，它们都是 、 构成。
图 运放反馈连接基于图中 点为电位虚地，略去流入运放的电流，则由图 得：21()o i u ZG s u Z ==-（ ） 由上式可以求得下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。
、比例环节实验模拟电路见图 所示图 比例环节传递函数：21()R G s K R =-=- 阶跃输入信号： 实验参数：（ ） 1 2 （ ） 1 2 、 惯性环节实验模拟电路见图 所示图 惯性环节传递函数：2212211211()11R CS R Z R K CS G s Z R R R CS TS +=-=-=-=-++阶跃输入： 实验参数：（ ）12（ ）2、积分环节实验模拟电路见图 所示图 积分环节传递函数：21111()Z CSG sZ R RCS TS=-=-=-=阶跃输入信号：实验参数：（ ）（ ）、比例微分环节实验模拟电路见图 所示图 比例微分环节传递函数：22211111()(1)(1)1D Z R R G S R CS K T S R Z R CS R CS =-=-=-+=-++ 其中 D 112R R 阶跃输入信号： 实验参数：（ ） 1 2 （ ） 1 2 四、实验内容与步骤、分别画出比例、惯性、积分、比例微分环节的电子电路； 、熟悉实验设备并在实验设备上分别联接各种典型环节；、按照给定的实验参数，利用实验设备完成各种典型环节的阶跃特性测试，观察并记录其单位阶跃响应波形。
控制工程实验
实验一二阶系统阶跃响应一、实验目的1．研究二阶系统的特征参数，阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn对系统动态性能的影响。
定量分析ζ和ωn与最大超调量Mp和调节时间t S之间的关系。
2．进一步学习实验系统的使用方法3．学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。
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、实验原理1．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。
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。
2. 域性能指标的测量方法：超调量Ó%：1）启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。
2) 检查USB线是否连接好，在实验项目下拉框中选中实验，点击按钮，出现参数设置对话框设置好参数，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以继续进行实验。
3)连接被测量典型环节的模拟电路。
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，将两个积分电容连在模拟开关上。
检查无误后接通电源。
4)在实验项目的下拉列表中选择实验二[二阶系统阶跃响应] 。
5)鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。
在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果6)利用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，代入下式算出超调量：Y MAX - Y∞Ó%=——————×100%Y∞T P与T P：利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%稳态值所需的时间值，便可得到T P与T P。
控制工程基础实验指导书(答案)
控制工程基础实验指导书自控原理实验室编印（内部教材）实验项目名称：（所属课程：）院系：专业班级：姓名：学号：实验日期：实验地点：合作者：指导教师：本实验项目成绩：教师签字：日期：（以下为实验报告正文）一、实验目的简述本实验要达到的目的。
目的要明确，要注明属哪一类实验（验证型、设计型、综合型、创新型）。
二、实验仪器设备列出本实验要用到的主要仪器、仪表、实验材料等。
三、实验内容简述要本实验主要内容，包括实验的方案、依据的原理、采用的方法等。
四、实验步骤简述实验操作的步骤以及操作中特别注意事项。
五、实验结果给出实验过程中得到的原始实验数据或结果，并根据需要对原始实验数据或结果进行必要的分析、整理或计算，从而得出本实验最后的结论。
六、讨论分析实验中出现误差、偏差、异常现象甚至实验失败的原因，实验中自己发现了什么问题，产生了哪些疑问或想法，有什么心得或建议等等。
七、参考文献列举自己在本次准备实验、进行实验和撰写实验报告过程中用到的参考文献资料。
格式如下:作者，书名（篇名），出版社（期刊名），出版日期（刊期），页码实验一 控制系统典型环节的模拟一、实验目的1、掌握比例、积分、实际微分及惯性环节的模拟方法；2、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性；3、了解典型环节中参数的变化对输出动态特性的影响。
二、实验仪器1、控制理论电子模拟实验箱一台；2、超低频慢扫描数字存储示波器一台；3、数字万用表一只；4、各种长度联接导线。
三、实验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Z1和Z2为复数阻抗，它们都是R 、C 构成。
图1-1 运放反馈连接基于图中A 点为电位虚地，略去流入运放的电流，则由图1-1得：21()o i u ZG s u Z ==-（1-1） 由上式可以求得下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。
1、比例环节实验模拟电路见图1-2所示图1-2 比例环节传递函数：21()R G s K R =-=- 阶跃输入信号：-2V 实验参数：（1） R 1=100K R 2=100K （2） R 1=100K R 2=200K 2、 惯性环节实验模拟电路见图1-3所示图1-3 惯性环节传递函数：2212211211()11R CS R Z R K CS G s Z R R R CS TS +=-=-=-=-++阶跃输入：-2V实验参数：（1） R 1=100K R 2=100K C=1µf（2） R=100K R 2=100K C=2µf 3、积分环节实验模拟电路见图1-4所示图1-4 积分环节传递函数：21111()Z CS G s Z R RCS TS=-=-=-= 阶跃输入信号：-2V 实验参数：（1） R=100K C=1µf （2） R=100K C=2µf 4、比例微分环节实验模拟电路见图1-5所示图1-5 比例微分环节传递函数：22211111()(1)(1)1D Z R R G S R CS K T S R Z R CS R CS =-=-=-+=-++ 其中 T D =R 1C K=12R R 阶跃输入信号：-2V实验参数：（1）R1=100K R2=100K C=1µf（2）R1=100K R2=200K C=1µf四、实验内容与步骤1、分别画出比例、惯性、积分、比例微分环节的电子电路；2、熟悉实验设备并在实验设备上分别联接各种典型环节；3、按照给定的实验参数，利用实验设备完成各种典型环节的阶跃特性测试，观察并记录其单位阶跃响应波形。
控制工程,控制系统的时间响应分析实验报告
控制工程,控制系统的时间响应分析实验报告实验目的：
1、了解控制系统的时间响应。
2、通过实验掌握一阶惯性环节和二阶惯性环节的时间常数对系统时间响应的影响。
3、通过实验掌握如何利用MATLAB软件绘制系统的单位阶跃响应曲线。
实验原理：
控制系统的时间响应分为三个阶段：静态过程、动态过程和稳态过程。
静态过程：是指从系统没有被激励时到系统开始响应的时间段。
此阶段的特点是系统的输出仍处于最初的状态，并且在此过程中系统输入信号的变化不会影响系统的输出。
稳态过程：是指在稳定状态下，系统的输出呈现出稳定的状态，此时系统输出的波动已经趋近于0。
一阶惯性环节：
当系统被激励时，一阶惯性环节的时间响应曲线通常呈现出下列形式：
y(t) = Kp(1-e^(-(t-Td)/τ))
y(t)表示t时刻系统的输出，Kp是系统的比例增益，Td表示系统的传递延迟时间，τ是传递恒量。
y(t) = Kp[1-2e^(-(ξω_n) t)cos(ω_n√(1-ξ^2)t)+e^(-(2ξω_n) t)]
实验步骤：
1、利用实验箱FT1218一阶惯性环节模块和二阶惯性环节模块搭建图示电路。
3、记录实验数据，并对单位阶跃响应曲线进行分析并作出梯形图。
实验结果：
Kp=2.0，τ=1.0，Td=0.0
单位阶跃响应曲线：
梯形图：
从实验中我们可以看出，在一阶惯性环节中，随着时间的增加，响应曲线逐渐接近1.0，趋于平稳，其响应速度较慢，响应波动较小。
在工程实际应用中，需要根据实际控制对象的特性，选择更合适的控制模型，以达到更好的控制效果。
控制工程基础实验报告1 -示例
《控制工程基础》实验报告一班级·学号1501034148 姓名李富国实验日期2017.11.27 任课教师杨世文实验名称实验一控制系统的建模验证型一、实验目的及要求：1.学习在MATLAB命令窗口建立系统模型的方法；2.学习如何在三种模型之间相互转换；3.学习如何用SIMULINK仿真工具建模。
二、上机内容：1、Matlab基础2、Matlab中系统建模3、Matlab分析系统的动态特性三、实验平台Windows 98或2000或XP Matlab 5.3以上版本1. 给定控制系统的传递函数为：在MA TLAB 中建立系统的传递函数模型、零极点增益模型和状态变量模型。
num=[3]; %G 的分子多项式系数den=[1, 3, 5, 7]; %G1的分母多项式系数G=tf(num, den) % 由分子多项式/分母多项式采用tf()函数创建传递函数[z1,p1,k1]=tf2zp(num,den) %求传递函数的零极点sys1zp=zpk(z1,p1,k1) %构建并显示该系统的零极点形式的传递函数运行结果：7533)(23+++=s s s s G2.在SIMULINK中建立如下图所示的结构图：源程序：五、评阅成绩评阅老师年月日《机械控制工程基础》实验报告二班级·学号1501034148 姓名李富国实验日期2017.11.27任课教师杨世文实验名称实验二控制系统的稳定性分析实验验证型一、实验目的及要求：本实验是用MATLAB得到控制系统的频域特性曲线，绘制给定控制系统Bode 图和Nyquist图，并表示出系统的幅值裕量和相位裕量，-π穿越频率和剪切频率等频域性能指标；用频率法对控制系统进行稳定性判断。
二、上机内容：1、Matlab中的频率响应函数2、Matlab求取稳定性裕量三、实验平台Windows 98或2000或XP Matlab 5.3以上版本四、操作过程、源程序和计算结果：1、题目：绘制系统G(s)=[100(s+4)]/[s(s+0.5)(s+50)²]的Bode图。
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科目：控制工程姓名：颜人帅
班级学号:102012237
一：典型环节的奈奎斯特曲线和波德曲线：1：比例环节的(K=6)
（1）奈奎斯特曲线：
运行程序：
num=[6];
den=[1];
nyquist(num,den)
grid;
gtext('如图1-1.1')
运行结果：如图1-1.1
（2）波德曲线：
运行程序：
num=[6];
den=[1];
bode(num,den)
grid
gtext[‘如图1-1.2’]
运行结果：如图1-1.2
2：积分环节：
（1）奈奎斯特曲线：
运行程序：
num=[1];
den=[1 0];
nyquist(num,den)
grid
gtext('如图1-2.1')
运行结果：如图1-2.1
（2）波德曲线：
运行程序：
num=[1];
den=[1 0];
bode(num,den)
grid
gtext('如图1-2.2')
运行结果：：如图1-2.2
3：微分环节（理想）：
（1）奈奎斯特曲线：
运行程序：
num=[1 0];
den=[1];
nyquist(num,den)
grid
gtext('如图1-3.1')
运行结果：如图1-3.1（2）波德曲线：
运行程序：
num=[1 0];
den=[1];
bode(num,den)
grid
gtext('如图1-3.2')
运行结果：如图1-3.2
4：惯性环节：(T=5)（1）奈奎斯特曲线：
运行程序：
num=[1];
den=[5 1];
nyquist(num,den)
grid
gtext('如图1-4.1')
运行结果：
如图1-4.1
（2）波德曲线：
运行程序：
num=[1];
den=[5 1];
bode(num,den)
grid
gtext('如图1-4.2')
运行结果：
如图1-4.2
5：导前环节(T=5)：（1）奈奎斯特曲线：
运行程序：
num=[1 5];
den=[1];
nyquist(num,den)
grid
gtext('如图1-5.1')
运行结果：如图1-5.1
（2）波德曲线：
运行程序：
num=[1 5];
den=[1];
bode(num,den)
grid
gtext('如图
1-5.2')
运行结果：
如图1-5.2
6：振荡环节(Wn=10, =0.1,0.5,1)：（1）奈奎斯特曲线：
运行程序：
num=[10*10];
den=[1 2*10*0.1 10*10];
nyquist(num,den)
grid
hold on
num=[10*10];
den=[1 2*10*0.5 10*10];
nyquist(num,den)
num=[10*10];
den=[1 2*10*1 10*10];
gtext('如图1-6.1')
运行结果：如图1-6.1
（2）波德曲线
运行程序：
num=[10*10];
den=[1 2*10*0.1 10*10];
bode(num,den)
grid
hold on
num=[10*10];
den=[1 2*10*0.5 10*10];
bode(num,den)
num=[10*10];
den=[1 2*10*1 10*10];
bode(num,den)
gtext(['§=0.1';'§=0.1'])
gtext(['§=1'])
gtext(['§=0.1';'§=0.1'])
gtext(['§=1'])
运行结果：如图1-6.2
二：绘制教材对应例题的奈奎斯特曲线或波德曲线：1.例4.13
奈奎斯特曲线：
运行程序：
num=[1];
den=[1 0.6 1];
中南大学成人高等教育（函授）课程考试试卷
nyquist(num,den)
grid
运行结果：如图
2.例4.14
波德曲线：
运行程序：
num=[1];
den=[1 6 30 0 ];
bode(num,den)
grid
运行结果：如右图
3.例
4.15
波德曲线：
运行程序：
num=[1 1];
den=[1 2.5 9 0 0];
margin(num,den)
grid
运行结果：如右图
4.例4.16
波德曲线：
运行程序：
num=[100];
den0=conv([1 2 16],[1 3 0]);
den=conv(den0,[1 2.5 9 ]);
sys=tf(num,den)
grid
运行结果：如右图
5.例4.17
波德曲线：
运行程序：
ka=65;
kv=0.0018;
wv=120;
bv=0.5;
wh=65;
bh=0.15;
kh=95;
k=ka*kv*kh*wv*wv*wh*wh;
num=[k];
den=conv([1 2*bv*wv wv*wv 0],[1 2*bh*wh wh*wh]);
sys=tf(num,den);
margin(sys)
grid
运行结果：如右上图
三：求取控制系统的开环传递函数为：)
5)(1()()(++=
s s s K
s H s G 的系统的幅值裕度和 相
位裕度，（其中K=10，100，40，50，60，80）。
1. 取K=10，其系统的开环频率特性运行程序为：
k=10; num=[k];
den=conv([1 1 0],[1 5]); sys=tf(num,den); margin(sys) grid
gtext('如图3-1') 运行结果：如图3-1
图像分析：由图可知，系统相位裕度 4.25w c =）
（γ，幅值裕度为B d 54.9k g =，幅值穿越频率s /rad 23.1w c =。
2. 取K=40，其系统的开环频率特性运行程序为：
k=40; num=[k];
den=conv([1 1 0],[1 5]); sys=tf(num,den); margin(sys) grid
gtext('如图3-2') 运行结果：如图3-2
图像分析：由图可知，系统相位裕度
02.6-w c =）（γ，幅值裕度为
B
d 5.2-k g =，幅值穿越频率
s
/rad 57.2w c =。
3.取K=10，其系统的开环频率特性运行程序为：
k=50; num=[k];
den=conv([1 1 0],[1 5]);
sys=tf(num,den); margin(sys) grid
gtext('如图3-3') 运行结果：如图3-3
图像分析：由图可知，系统相位裕度 5.10-w c =）
（γ，幅值裕度为B d 44.4-k g =，幅值穿越频率s /rad 86.2w c =。
4.取K=10，其系统的开环频率特性运行程序为：
k=60; num=[k];
den=conv([1 1 0],[1 5]); sys=tf(num,den); margin(sys) grid
gtext('如图3-4') 运行结果：如图3-4 图像分析：由图可知，系统
相位裕度 1.14-w c =）
（γ，幅值裕度为B d 02.6-k g =，幅值穿越频率s /rad 11.3w c =。
5.取K=10，其系统的开环频率特性运行程序为：
中南大学成人高等教育（函授）课程考试试卷
.10 k=80;
num=[k];
den=conv([1 1 0],[1
5]);
sys=tf(num,den);
margin(sys)
grid
gtext('如图3-5')
运行结果：如图3-5 图像分析：由图可知，系统相位裕度 6.19-w c =）
（γ，幅值裕度为B d 52.8-k g =，幅值穿越频率s /rad 54.3w c =。
6. 取K=10，其系统的开环频率特性运行程序为： k=100;
num=[k];
den=conv([1 1 0],[1
5]);
sys=tf(num,den);
margin(sys)
grid
gtext('如图3-6') 运行结果：如图3-6
图像分析：由图可知，系统相位裕度 7.23-w c =）（γ，幅值裕度为B d 52.8-k g =，幅
值穿越频率s /rad 54.3w c
=。