自动控制原理实验报告——合肥工业大学
自动控制原理的实训报告
一、实训目的本次实训旨在通过实际操作和实验，加深对自动控制原理的理解，掌握控制系统分析和设计的基本方法，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。
通过实训，使学生能够：1. 理解自动控制系统的基本组成和原理；2. 掌握典型控制系统的时域响应和频域响应分析方法；3. 学会使用实验设备进行控制系统实验，并能够分析实验结果；4. 培养团队协作和沟通能力。
二、实训仪器与设备1. 自动控制原理实验台；2. 信号发生器；3. 数据采集器；4. 计算机；5. 控制系统模拟软件。
三、实训内容1. 控制系统结构分析通过实验台搭建一个典型的控制系统，分析其结构，包括各个环节的功能和相互关系。
2. 时域响应实验对搭建的控制系统进行阶跃响应实验，记录并分析系统的输出波形，计算超调量、上升时间、调节时间等性能指标。
3. 频域响应实验对搭建的控制系统进行频率特性实验，记录并分析系统的幅频特性、相频特性，绘制Bode图。
4. 控制系统设计根据实验结果，对控制系统进行设计，包括PID参数整定、控制器设计等。
四、实验过程1. 搭建控制系统根据实验要求，搭建一个典型的控制系统，包括控制器、执行器、被控对象等环节。
2. 进行阶跃响应实验使用信号发生器产生阶跃信号，输入到控制系统中，记录输出波形，并计算超调量、上升时间、调节时间等性能指标。
3. 进行频率特性实验使用信号发生器产生不同频率的正弦信号，输入到控制系统中，记录输出波形，并绘制Bode图。
4. 控制系统设计根据实验结果，对控制系统进行设计，包括PID参数整定、控制器设计等。
五、实验结果与分析1. 阶跃响应实验通过阶跃响应实验，可以分析系统的稳定性和动态性能。
例如，超调量反映了系统的振荡程度，上升时间反映了系统的响应速度，调节时间反映了系统达到稳态所需的时间。
2. 频率特性实验通过频率特性实验，可以分析系统的频率响应特性。
例如，幅频特性反映了系统对不同频率信号的放大倍数，相频特性反映了系统对不同频率信号的相位延迟。
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过实际操作，加深对自动控制原理的理解，掌握PID控制器的调节方法，并验证PID控制器的性能。
二、实验原理。
PID控制器是一种常见的控制器，它由比例环节（P）、积分环节（I）和微分环节（D）三部分组成。
比例环节的作用是根据偏差的大小来调节控制量的大小；积分环节的作用是根据偏差的累积值来调节控制量的大小；微分环节的作用是根据偏差的变化率来调节控制量的大小。
PID控制器通过这三个环节的协同作用，可以实现对被控对象的精确控制。
三、实验装置。
本次实验所使用的实验装置包括PID控制器、被控对象、传感器、执行机构等。
四、实验步骤。
1. 将PID控制器与被控对象连接好，并接通电源。
2. 调节PID控制器的参数，使其逐渐接近理想状态。
3. 对被控对象施加不同的输入信号，观察PID控制器对输出信号的调节情况。
4. 根据实验结果，对PID控制器的参数进行调整，以达到最佳控制效果。
五、实验结果与分析。
经过实验，我们发现当PID控制器的比例系数较大时，控制效果会更为迅速，但会引起超调；当积分系数较大时，可以有效消除稳态误差，但会引起响应速度变慢；当微分系数较大时，可以有效抑制超调，但会引起控制系统的抖动。
因此，在实际应用中，需要根据被控对象的特性和控制要求，合理调节PID控制器的参数。
六、实验总结。
通过本次实验，我们深刻理解了PID控制器的工作原理和调节方法，加深了对自动控制原理的认识。
同时，我们也意识到在实际应用中，需要根据具体情况对PID控制器的参数进行调整，以实现最佳的控制效果。
七、实验心得。
本次实验不仅让我们在理论知识的基础上得到了实践锻炼，更重要的是让我们意识到掌握自动控制原理是非常重要的。
只有通过实际操作，我们才能更好地理解和掌握知识，提高自己的实际动手能力和解决问题的能力。
八、参考文献。
[1] 《自动控制原理》，XXX，XXX出版社，2010年。
[2] 《PID控制器调节方法》，XXX，XXX期刊，2008年。
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告实验目的，通过本次实验，掌握自动控制原理的基本概念和实验操作方法，加深对自动控制原理的理解和应用。
实验仪器与设备，本次实验所需仪器设备包括PID控制器、温度传感器、电磁阀、水槽、水泵等。
实验原理，PID控制器是一种广泛应用的自动控制设备，它通过对比设定值和实际值，根据比例、积分、微分三个控制参数对控制对象进行调节，以实现对控制对象的精确控制。
实验步骤：1. 将温度传感器插入水槽中，保证传感器与水温充分接触；2. 将水泵接通，使水槽内的水开始循环；3. 设置PID控制器的参数，包括比例系数、积分时间、微分时间等；4. 通过调节PID控制器的参数，使得水槽中的水温稳定在设定的目标温度；5. 观察记录PID控制器的输出信号和水温的变化情况；6. 分析实验结果，总结PID控制器的控制特性。
实验结果与分析：经过实验操作，我们成功地将水槽中的水温控制在了设定的目标温度范围内。
在调节PID控制器参数的过程中，我们发现比例系数的调节对控制效果有着明显的影响，适当增大比例系数可以缩小温度偏差，但过大的比例系数也会导致控制系统的超调现象；积分时间的调节可以消除静差，但过大的积分时间会导致控制系统的超调和振荡；微分时间的调节可以抑制控制系统的振荡，但过大的微分时间也会使控制系统的响应变慢。
结论：通过本次实验，我们深入理解了PID控制器的工作原理和调节方法，掌握了自动控制原理的基本概念和实验操作方法。
我们通过实验操作和数据分析，加深了对自动控制原理的理解和应用。
总结：自动控制原理是现代控制工程中的重要内容，PID控制器作为一种经典的控制方法，具有广泛的应用前景。
通过本次实验，我们不仅学习了自动控制原理的基本知识，还掌握了PID控制器的调节方法和控制特性。
这对我们今后的学习和工作都具有重要的意义。
合肥工业大学自动控制理论综合实验倒立摆实验报告
合肥工业大学自动控制理论综合实验倒立摆实验报告————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期：1、把上述参数代入，求解系统的实际模型;a)摆杆角度和小车位移之间的传递函数;M=1.0９6;m=０.１09；b=０.１；l＝０.２5；I=0．０0３4;g＝９.8;ｎ1=[m*l 00];d1＝[I+m*ｌ^2０-m*ｇ＊l];Phi1=ｔf(ｎ１,ｄ1)返回:Ｔransfer function:0.０2725 ｓ^2---------－----------０．01021 s^2- 0.267１b）摆杆角度和小车加速度之间的传递函数；继续输入：n2=[m*l];d2=d1； Pｈi2=tｆ（n2,d2)返回：Traｎsfeｒ functｉon:0.０27２5---－--－-----－－----－-0.01021 s^2 - 0.２６71c）摆杆角度和小车所受外界作用力的传递函数；继续输入：ｑ=(M+m)*(Ｉ＋m*l^２）-(m*l）^２;n3=[m*l／q 0 0］；d3=[1 b*（Ｉ＋ｍ*l^2)/ｑ -（M+m）＊m*g*l/q －b＊m*g*l/ｑ 0];Phｉ３=tf（n３,d3）返回：Transｆer ｆunｃｔiｏｎ:2．3５7 ｓ^２--－-------－--－－－－--------------－------－s^４＋ 0.088３2 s^３ - 27.83 ｓ^２ - 2.309 sｄ)以外界作用力作为输入的系统状态方程；继续输入:q2＝(I*(M+m)+M＊m＊ｌ＾2);A1=[0 1 0 ０;0-(Ｉ+m*l＾2)*b／ｑ２ｍ^2＊ｇ*l^2/q２ 0;０ 0０1；0 -ｍ＊l＊ｂ/q2m*g*ｌ＊(M+m)/q２０］;B1=[０；(I+m*ｌ^２)/q2;0;ｍ＊l/ｑ２];C1＝[1 0 0 0;０ 0 1 0];D１=[0;０]；sys1=ss(A1,B１,C1,D1）返回：a =ｘ1 x2 x3 ｘ４x1 0 １ 0 0x2 ０－０.088３２ 0.629３ 0x3 0 ００ 1ｘ4 ０-0.２357 2７．８３0ｂ=ｕ1ｘ1 0x2 0.8８3２x3 0x４ 2.3５７c =x1 x2 x３ x４y1 １ 0 0 0y2 0 ０ 1 0d =u１y1 0ｙ2 0e)以小车加速度作为输入的系统状态方程;继续输入：Ａ2=[0 1 0 0;0 0 00;0 0 ０ 1;0 ０ 3/(4*l)0］;B２=［0;1;０；3／（４＊l)]；C2=C１；D2=D１;sｙs2=ss（A2,B２,C2,Ｄ2）返回：a＝x1 x２x3 x4x１0 1０0x2 ０0 0 0x３０0 0 1x400 3 0b =ｕ1x1 ０x2 1x3 0x4３c=x1 ｘ2 x３x4ｙ１１0 ０0y2０0 1 0d＝u1y１0y2 02、根据倒立摆系统数学模型（以小车的加速度为输入的模型，即sys2）,判断开环系统的稳定性、可控性和可观性；稳定性:继续输入：eｉg(A2)返回:ans =1.7321-1.7321有一个位于正实轴的根和两个位于原点的根，表明系统是不稳定的。
自控原理实验报告
一、实验目的1. 理解并掌握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在控制系统中的应用。
3. 熟悉控制系统的时间响应和频率响应分析方法。
4. 培养实验操作技能和数据处理能力。
二、实验原理自动控制原理是研究控制系统动态性能和稳定性的一门学科。
本实验主要涉及以下几个方面：1. 典型环节：比例环节、积分环节、微分环节、惯性环节等。
2. 控制系统：开环控制系统和闭环控制系统。
3. 时间响应：阶跃响应、斜坡响应、正弦响应等。
4. 频率响应：幅频特性、相频特性等。
三、实验内容1. 典型环节的阶跃响应- 比例环节- 积分环节- 比例积分环节- 比例微分环节- 比例积分微分环节2. 典型环节的频率响应- 幅频特性- 相频特性3. 二阶系统的阶跃响应- 上升时间- 调节时间- 超调量- 峰值时间4. 线性系统的稳态误差分析- 偶然误差- 稳态误差四、实验步骤1. 典型环节的阶跃响应- 搭建比例环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例积分微分环节的实验电路。
- 使用示波器观察并记录各个环节的阶跃响应曲线。
- 分析并比较各个环节的阶跃响应曲线，得出结论。
2. 典型环节的频率响应- 搭建比例环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例积分微分环节的实验电路。
- 使用频率响应分析仪测量各个环节的幅频特性和相频特性。
- 分析并比较各个环节的频率响应特性，得出结论。
3. 二阶系统的阶跃响应- 搭建二阶系统的实验电路。
- 使用示波器观察并记录二阶系统的阶跃响应曲线。
- 计算并分析二阶系统的上升时间、调节时间、超调量、峰值时间等性能指标。
4. 线性系统的稳态误差分析- 搭建线性系统的实验电路。
- 使用示波器观察并记录系统的稳态响应曲线。
- 计算并分析系统的稳态误差。
五、实验数据记录与分析1. 典型环节的阶跃响应- 比例环节：K=1，阶跃响应曲线如图1所示。
- 积分环节：K=1，阶跃响应曲线如图2所示。
自控原理课程实验报告
一、实验目的1. 理解并掌握自动控制原理的基本概念和基本分析方法。
2. 熟悉自动控制系统的典型环节，包括比例环节、积分环节、比例积分环节、惯性环节、比例微分环节和比例积分微分环节。
3. 通过实验，验证自动控制理论在实践中的应用，提高分析问题和解决问题的能力。
二、实验原理自动控制原理是研究自动控制系统动态和稳态性能的学科。
本实验主要围绕以下几个方面展开：1. 典型环节：通过搭建模拟电路，研究典型环节的阶跃响应、频率响应等特性。
2. 系统校正：通过在系统中加入校正环节，改善系统的性能，使其满足设计要求。
3. 系统仿真：利用MATLAB等仿真软件，对自动控制系统进行建模和仿真，分析系统的动态和稳态性能。
三、实验内容1. 典型环节实验（1）比例环节：搭建比例环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析比例系数对系统性能的影响。
（2）积分环节：搭建积分环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析积分时间常数对系统性能的影响。
（3）比例积分环节：搭建比例积分环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析比例系数和积分时间常数对系统性能的影响。
（4）惯性环节：搭建惯性环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析时间常数对系统性能的影响。
（5）比例微分环节：搭建比例微分环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析比例系数和微分时间常数对系统性能的影响。
（6）比例积分微分环节：搭建比例积分微分环节模拟电路，观察其阶跃响应，分析比例系数、积分时间常数和微分时间常数对系统性能的影响。
2. 系统校正实验（1）串联校正：在系统中加入串联校正环节，改善系统的性能，使其满足设计要求。
（2）反馈校正：在系统中加入反馈校正环节，改善系统的性能，使其满足设计要求。
3. 系统仿真实验（1）利用MATLAB等仿真软件，对自动控制系统进行建模和仿真，分析系统的动态和稳态性能。
（2）根据仿真结果，优化系统参数，提高系统性能。
四、实验步骤1. 搭建模拟电路：根据实验内容，搭建相应的模拟电路，并连接好测试设备。
合肥工业大学自动控制控制理论综合实验球杆实验报告
实验一 球杆系统的数学模型实验目的实验内容1) 分析并推导系统的数学模型；2) 求解系统的状态空间方程和传递函数方程； 在matlab 中建立一下m 文件并运行：m=0.028;R=0.0145;g=-9.8;J=0.4*m*R^2;a=-m*g/(J/R^2+m);A=[0 1 0 0;0 0 a 0;0 0 0 1;0 0 0 0] B=[0;0;0;1] C=[1 0 0 0] D=0[n,d]=ss2tf(A,B,C,D);G=tf(n,d); 返回：A = 0 1.0000 0 0 0 0 7.0000 0 0 0 0 1.0000 0 0 0 0B = 0 0 0 1C = 1 0 0 0D = 0Transfer function:-4.441e-016 s^3 + 1.998e-015 s^2 + 3.997e-015 s + 7 --------------------------------------------------- s^4上式即为传递函数方程。
3) 在Matlab 下建立系统的模型并进行阶跃响应仿真。
为得到阶跃响应，输入命令： step(G) 得到阶跃响应曲线如下：Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e实验二球杆系统的数字P 控制器设计实验目的实验原理实验内容：1. 在matlab下仿真比例控制时系统的响应情况。
在matlab中建立m文件并运行：m = 0.028;R = 0.0145;g = -9.8;L = 0.40;d = 0.045;J = 0.4*m*R^2;K = (m*g*d)/(L*(J/R^2+m)); %simplifies input num = [-K];den = [1 0 0];ball=tf(num,den)kp = 1;sys_cl=feedback(kp*ball,1) %建立闭环系统step(0.25*sys_cl) %阶跃响应05101520253035400.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5Step ResponseTime (sec)Amplitude2.进入BallBeamControl 应用控制程序进行实时控制；实验三 球杆系统的数字PD 控制器设计实验目的实验原理：实验内容：1、 在matlab 中仿真PD 控制器下球杆系统的响应情况。
自动控制原理实验报告——合肥工业大学
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1-1-1。
当R1=200K的电路与相应曲线当R1=100K的电路与相应曲线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1-1-2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。
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1-1-1。
下图为实验电路以及示波器显示的波形C =1uf时的电路图与相应曲线示波器显示：当C =1uf时的电路图与相应曲线示波器显示：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1-1-3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。
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。
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告本实验为基于微处理器的温度控制系统的设计与实现。
实验目的是通过实践掌握基于微处理器的控制系统设计和实现方法，了解数字信号处理的基本原理和应用。
本报告将分为实验原理，系统设计，实验步骤，实验结果和结论等几个部分进行详细阐述。
一、实验原理数字信号处理的基本原理是将模拟信号经过采样、量化和编码后转换为数字信号，并在数字领域中对其进行处理。
在本实验中，采用的是基于单片机控制的数字温度控制系统。
该系统的设计要求基于以往的温度控制系统，并具备更过的实用价值和工程性能。
系统的基本原理如下：1.数字信号采样该系统通过传感器来采集温度值，并将其转化为数字信号，实现了数字化控制。
系统在稳态时，通过采用PID控制方法来对温度进行控制。
2.温度控制方法对于本实验中开发的系统，采用的是基于PID控制算法的控制方法。
PID即比例积分微分控制算法，它是一种最常用的控制算法，具备响应速度快、稳态误差小等优点。
PID控制算法的主要原理是，通过比例、积分和微分三个控制系数对输出进行调节，使系统的响应速度更快，而且在稳态时误差非常小。
3.系统设计本实验系统的设计通过单片机的程序控制，主要包含三部分：硬件设计、软件设计和温控系统设计。
二、系统设计1.硬件设计本实验采用的是基于AT89S52单片机的数字温度控制系统，其硬件电路主要包括以下模块：(1)单片机控制器：采用AT89S52单片机；(2)温度传感器：采用DS18B20数字温度传感器；(3)电源模块：采用稳压电源，提供系统所需电压。
2.软件设计本实验采用的是基于C语言开发的程序控制系统，该软件具备以下功能模块：(1)数据采集：通过程序控制读取温度传感器数值；(2)控制算法：实现PID控制算法的程序设计；(3)控制输出：将PID算法结果通过程序输出到负载端。
3.温控系统设计本实验设计的数字温度控制系统，其温控系统设计主要包括以下几个方面：（1）温度检测：系统通过DS18B20数字温度传感器检测环境温度。
自动控制原理实验报告
一、实验目的1. 理解自动控制原理的基本概念，掌握自动控制系统的组成和基本工作原理。
2. 熟悉自动控制实验设备，学会使用相关仪器进行实验操作。
3. 通过实验验证自动控制理论在实际系统中的应用，加深对理论知识的理解。
二、实验原理自动控制原理是研究自动控制系统动态过程及其控制规律的科学。
实验主要验证以下原理：1. 线性时不变系统：系统在任意时刻的输入与输出之间关系可用线性方程表示，且系统参数不随时间变化。
2. 稳定性：系统在受到扰动后，能够逐渐恢复到稳定状态。
3. 控制器设计：通过控制器的设计，使系统满足预定的性能指标。
三、实验设备1. 自动控制实验台2. 计算机及控制软件3. 测量仪器（如示波器、信号发生器、数据采集器等）四、实验内容1. 线性时不变系统阶跃响应实验2. 线性时不变系统频率响应实验3. 控制器设计实验五、实验步骤1. 线性时不变系统阶跃响应实验（1）搭建实验电路，连接好相关仪器；（2）设置输入信号为阶跃信号，观察并记录输出信号；（3）分析阶跃响应曲线，计算系统动态性能指标。
2. 线性时不变系统频率响应实验（1）搭建实验电路，连接好相关仪器；（2）设置输入信号为正弦信号，改变频率，观察并记录输出信号；（3）分析频率响应曲线，计算系统频率特性指标。
3. 控制器设计实验（1）根据系统性能指标，选择合适的控制器类型；（2）搭建实验电路，连接好相关仪器；（3）调整控制器参数，观察并记录输出信号；（4）分析控制器效果，验证系统性能指标。
六、实验结果与分析1. 线性时不变系统阶跃响应实验（1）实验结果：绘制阶跃响应曲线，计算系统动态性能指标；（2）分析：与理论值进行对比，验证系统动态性能。
2. 线性时不变系统频率响应实验（1）实验结果：绘制频率响应曲线，计算系统频率特性指标；（2）分析：与理论值进行对比，验证系统频率特性。
3. 控制器设计实验（1）实验结果：调整控制器参数，观察并记录输出信号；（2）分析：验证系统性能指标，评估控制器效果。
合肥工业大学自动控制原理matlab实验
实验 典型环节的MATLAB 仿真一、实验目的1．熟悉MA TLAB 桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法 二、SIMULINK 的使用MATLAB 中SIMULINK 是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。
利用SIMULINK 功能模块可以快速的建立控制系统的模型，进行仿真和调试。
1．运行MA TLAB 软件，在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink 命令，按Enter 键或在工具栏单击按钮，即可进入如图1-1所示的SIMULINK 仿真环境下。
2．选择File 菜单下New 下的Model 命令，新建一个simulink 仿真环境常规模板。
3．在simulink 仿真环境下，创建所需要的系统。
以图1-2所示的系统为例，说明基本设计步骤如下：1）进入线性系统模块库，构建传递函数。
点击simulink 下的“Continuous ”，再将右边窗口中“Transfer Fen ”的图标用左键拖至新建的“untitled ”窗口。
2）改变模块参数。
在simulink 仿真环境“untitled ”窗口中双击该图标，即可改变传递函数。
其中方括号内的数字分别为传递函数的分子、分母各次幂由高到低的系数，数字之间用空格隔开；设置完成后，选择OK ，即完成该模块的设置。
3）建立其它传递函数模块。
按照上述方法，在不同的simulink 的模块库中，建立系统所需的传递函数模块。
例：比例环节用“Math ”右边窗口“Gain ”的图标。
图1-1 SIMULINK 仿真界面 图1-2 系统方框图4）选取阶跃信号输入函数。
用鼠标点击simulink 下的“Source ”，将右边窗口中“Step ”图标用左键拖至新建的“untitled ”窗口，形成一个阶跃函数输入模块。
5）选择输出方式。
用鼠标点击simulink 下的“Sinks ”，就进入输出方式模块库，通常选用“Scope ”的示波器图标，将其用左键拖至新建的“untitled ”窗口。
自控实验报告合工大
一、实验目的1. 理解自动控制系统的基本原理和组成；2. 掌握常用自动控制元件的使用方法；3. 熟悉自动控制系统的性能指标及其分析方法；4. 通过实验验证理论知识，提高实际操作能力。
二、实验设备与器件1. 自动控制实验平台一套；2. 计算机一台；3. LabVIEW软件；4. 传感器、执行器、控制器等自动控制元件；5. 电源、导线等实验用电器。
三、实验原理自动控制系统是一种利用反馈原理实现控制目标的系统。
通过传感器获取被控对象的状态信息，控制器根据预设的控制策略对执行器进行调节，使被控对象达到期望的输出。
本实验主要研究比例-积分-微分（PID）控制器在自动控制系统中的应用。
四、实验步骤1. 连接实验平台，熟悉各个元件的连接方式；2. 设置实验参数，包括被控对象的传递函数、控制器的参数等；3. 启动实验平台，观察系统响应；4. 分析系统性能指标，如稳态误差、超调量、调节时间等；5. 调整控制器参数，优化系统性能；6. 重复步骤3-5，直至满足实验要求。
五、实验结果与分析1. 系统响应（1）阶跃响应根据实验数据，系统在阶跃输入下的响应曲线如图1所示。
可以看出，系统在0.5秒左右达到稳态，超调量为10%，调节时间为1秒。
（2）正弦响应根据实验数据，系统在正弦输入下的响应曲线如图2所示。
可以看出，系统在1秒左右达到稳态，超调量为5%，调节时间为1.5秒。
2. 系统性能指标分析（1）稳态误差稳态误差是衡量系统跟踪精度的重要指标。
根据实验数据，系统在阶跃输入下的稳态误差为0，说明系统能够准确跟踪期望输出。
（2）超调量超调量是衡量系统响应速度的重要指标。
根据实验数据，系统在阶跃输入下的超调量为10%，说明系统响应速度较快。
（3）调节时间调节时间是衡量系统响应速度的重要指标。
根据实验数据，系统在阶跃输入下的调节时间为1秒，说明系统响应速度较快。
3. 优化控制器参数通过调整控制器参数，可以使系统性能得到改善。
根据实验结果，将PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd分别调整为0.5、0.1、0.01时，系统性能得到明显改善。
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告实验目的本次自动控制原理实验的目的是通过对传统反馈控制系统的模拟和实现，了解并掌握基本的控制原理和控制器设计方法，进一步深化对自动控制理论的理解。
实验装置本次实验使用的是一台水位控制系统，该系统由电源、电机、计量储水罐、信号检测器、PID控制器、水泵等组成。
电源将电能转换为机械能，通过水泵将水流入到计量储水罐中，信号检测器对储水罐中的水位进行检测并反馈给PID控制器，PID控制器对信号进行处理并控制电机的转速，从而实现对水位的控制。
实验步骤1. 确定实验参数在进行实验之前，首先需要确定实验的一些参数，如PID控制器的比例系数、积分系数以及微分系数等。
这需要根据具体实验情况进行设定，以确保控制系统具有良好的稳定性和响应能力。
2. 实施控制将水泵开启，令水流入计量储水罐中，同时PID控制器对信号进行处理，调节电机的转速以控制水位。
实验过程中需要注意及时进行系统动态的监控和调整，以确保控制系统的稳定性和故障排除。
3. 结束实验并分析结果实验结束后，需要对实验结果进行分析，包括控制系统的响应速度、稳定性以及对参数的灵敏度等。
通过对实验数据的收集和分析，可以进一步提高对自动控制理论的理解和应用能力。
实验结果分析本次实验中，我们实现了对水位的控制，并对PID控制器的参数进行了设定和调整。
实验结果表明，我们所设计的控制系统具有较好的稳定性和响应能力，并且对参数的灵敏度较高。
同时，通过实验数据的分析，我们也发现了一些问题和不足之处，如控制系统的动态响应速度过慢等，这需要我们在实际应用中加以改进和完善。
结论本次自动控制原理实验通过实现对水位的控制，进一步加深了对自动控制理论的理解，掌握了基本的控制原理和控制器设计方法。
同时，通过实验数据的分析和总结，也为今后在自动控制领域的实际应用提供了一定的参考和指导。
安徽合肥工业大学自动控制理论综合实验倒立摆实验报告
1、把上述参数代入，求解系统的实际模型；a) 摆杆角度和小车位移之间的传递函数；M=1.096;m=0.109;b=0.1;l=0.25;I=0.0034;g=9.8;n1=[m*l 0 0];d1=[I+m*l^2 0 -m*g*l];Phi1=tf(n1,d1)返回：Transfer function:0.02725 s^2--------------------0.01021 s^2 - 0.2671b) 摆杆角度和小车加速度之间的传递函数；继续输入：n2=[m*l];d2=d1; Phi2=tf(n2,d2)返回：Transfer function:0.02725--------------------0.01021 s^2 - 0.2671c) 摆杆角度和小车所受外界作用力的传递函数；继续输入：q=(M+m)*(I+m*l^2)-(m*l)^2; n3=[m*l/q 0 0];d3=[1 b*(I+m*l^2)/q-(M+m)*m*g*l/q -b*m*g*l/q 0];Phi3=tf(n3,d3)返回：Transfer function:2.357 s^2---------------------------------------s^4 + 0.08832 s^3 - 27.83 s^2 - 2.309 sd) 以外界作用力作为输入的系统状态方程；继续输入：q2=(I*(M+m)+M*m*l^2);A1=[0 1 0 0;0 -(I+m*l^2)*b/q2 m^2*g*l^2/q2 0;0 0 0 1;0 -m*l*b/q2 m*g*l*(M+m)/q2 0]; B1=[0;(I+m*l^2)/q2;0;m*l/q2];C1=[1 0 0 0;0 0 1 0];D1=[0;0];sys1=ss(A1,B1,C1,D1)返回：a =x1 x2 x3 x4x1 0 1 0 0x2 0 -0.08832 0.6293 0x3 0 0 0 1x4 0 -0.2357 27.83 0b =u1x1 0x2 0.8832x3 0x4 2.357c =x1 x2 x3 x4y1 1 0 0 0y2 0 0 1 0d =u1y1 0y2 0e) 以小车加速度作为输入的系统状态方程；继续输入：A2=[0 1 0 0;0 0 0 0;0 0 0 1;0 0 3/(4*l) 0];B2=[0;1;0;3/(4*l)]; C2=C1;D2=D1;sys2=ss(A2,B2,C2,D2)返回：a =x1 x2 x3 x4x1 0 1 0 0x2 0 0 0 0x3 0 0 0 1x4 0 0 3 0b =u1x1 0x2 1x3 0x4 3x1 x2 x3 x4y1 1 0 0 0y2 0 0 1 0d =u1y1 0y2 02、根据倒立摆系统数学模型（以小车的加速度为输入的模型，即sys2），判断开环系统的稳定性、可控性和可观性；稳定性：继续输入：eig(A2)返回：ans =1.7321-1.7321有一个位于正实轴的根和两个位于原点的根，表明系统是不稳定的。
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告摘要：本实验通过对自动控制原理的研究与实践，旨在深入了解自动控制系统的基本原理，以及相关的实验应用。
通过实验的设计与实施，我们在实践中学习了控制系统的结构、传递函数、稳定性、稳态误差等内容，并通过使用PID控制器对物理实验系统进行控制，从而对自动控制系统有了更加深入的理解。
引言：自动控制原理是现代工程控制领域的基础理论之一，在工业、交通、通信等领域都有广泛的应用。
自动控制原理实验是培养学生工程实践能力和动手能力的重要实践环节。
本实验通过对自动控制原理相关实验的设计与实践，让我们深入了解了自动控制系统的基本原理，并通过实际操作对理论知识进行了实际应用。
实验目的：1. 了解自动控制系统的基本结构和原理；2. 学习如何建立传递函数，并分析系统的稳定性；3. 熟悉PID控制器的参数调节方法；4. 掌握如何利用PID控制器对物理实验系统进行控制。
实验原理与方法：1. 实验装置搭建：我们搭建了一个简单的电路系统，包括输入信号源、控制器、执行器和输出传感器。
通过控制器对执行器的控制，实现对输出信号的调节。
2. 传递函数建立：使用系统辨识方法，通过对输入和输出信号的采集，建立系统的传递函数。
经过数据处理和分析，得到系统的传递函数表达式。
3. 稳定性分析：对系统的传递函数进行稳定性分析，包括零极点分析和Nyquist稳定性判据。
根据分析结果，判断系统的稳定性。
4. PID参数调节：根据传递函数和系统要求，使用PID控制器对系统进行调节。
根据实际情况进行参数调节，使得系统的响应达到要求。
实验结果与讨论：我们通过以上方法，成功地建立了控制系统的传递函数，并进行了稳定性分析。
通过对PID控制器参数的调节，使系统的稳态误差达到了要求。
通过实验，我们深刻理解了自动控制系统的基本原理，并学会了如何应用具体方法进行实际操作。
实验结论：通过自动控制原理的实验研究，我们对控制系统的基本原理有了更加深入的了解。
实践中，我们通过搭建实验装置、建立传递函数、进行稳定性分析和PID参数调节等实验操作，使得理论知识得到了更加全面的应用和巩固。
自动控制原理实验报告
《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 RZ ZsG 200,1002)(211212==-=-=-=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11)(1+=s s G 和15.01)(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节s s G =)(1图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形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 G 11)(1+=和s s G 211)(2+=四、实验结果及分析① 仿真模型及波形图1)(1=s G 和2)(1=s G② 仿真模型及波形图11)(1+=s s G 和15.01)(2+=s s G 11)(1+=s s G 15.01)(2+=s s G③ 积分环节ss G 1)(1=④微分环节⑤比例+微分环节（PD）⑥比例+积分环节（PI）五、分析及心得体会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ω对二阶系统性能的影响。
n3．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。
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告实验目的，通过本次实验，掌握自动控制原理的基本知识，了解控制系统的结构和工作原理，以及掌握控制系统的设计和调试方法。
实验仪器，本次实验所使用的仪器有PID控制器、执行器、传感器等。
实验原理，自动控制系统是指通过传感器采集被控对象的信息，经过控制器处理后，通过执行器对被控对象进行调节，以达到设定的控制目标。
其中PID控制器是通过比较被控对象的实际值和设定值，计算出误差，并根据比例、积分、微分三个参数来调节执行器输出的控制信号，使被控对象的实际值逐渐趋近设定值的一种控制方式。
实验步骤：1. 将PID控制器与执行器、传感器连接好，并确认连接正确无误。
2. 设置被控对象的设定值，并观察实际值的变化情况。
3. 调节PID控制器的参数，观察被控对象的响应情况，找到最佳的控制参数组合。
4. 对不同类型的被控对象进行实验，比较不同参数组合对控制效果的影响。
实验结果与分析：通过实验我们发现，合适的PID参数组合能够使被控对象的实际值快速稳定地达到设定值，并且对不同类型的被控对象，需要调节的参数组合也有所不同。
在实际工程中，需要根据被控对象的特性和控制要求来选择合适的PID参数，并进行调试和优化。
结论：本次实验使我们进一步了解了自动控制原理，掌握了PID控制器的基本原理和调试方法，对控制系统的设计和调试有了更深入的理解。
同时也认识到在实际工程中，需要根据具体情况来选择合适的控制方法和参数，进行调试和优化，以达到最佳的控制效果。
通过本次实验，我们对自动控制原理有了更深入的认识，对控制系统的设计和调试方法有了更加清晰的理解，相信这对我们今后的学习和工作都将有所帮助。
自动控制原理_实验报告
一、实验目的1. 理解自动控制系统的基本概念和组成；2. 掌握典型环节的传递函数和响应特性；3. 熟悉PID控制器的原理和参数整定方法；4. 通过实验验证理论知识的正确性，提高实际操作能力。
二、实验设备1. 自动控制原理实验箱；2. 示波器；3. 数字多用表；4. 个人电脑；5. 实验指导书。
三、实验原理自动控制系统是一种根据给定输入信号自动调节输出信号的系统。
它主要由控制器、被控对象和反馈环节组成。
控制器根据被控对象的输出信号与给定信号的偏差，通过调节控制器的输出信号来改变被控对象的输入信号，从而实现对被控对象的控制。
1. 典型环节（1）比例环节：比例环节的传递函数为G(s) = K，其中K为比例系数。
比例环节的响应特性为输出信号与输入信号成线性关系。
（2）积分环节：积分环节的传递函数为G(s) = 1/s，其中s为复频域变量。
积分环节的响应特性为输出信号随时间逐渐逼近输入信号。
（3）比例积分环节：比例积分环节的传递函数为G(s) = K(1 + 1/s)，其中K为比例系数。
比例积分环节的响应特性为输出信号在比例环节的基础上，逐渐逼近输入信号。
2. PID控制器PID控制器是一种常用的控制器，其传递函数为G(s) = Kp + Ki/s + Kd(s/s^2)，其中Kp、Ki、Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数。
PID控制器可以实现对系统的快速、稳定和精确控制。
四、实验内容及步骤1. 实验一：典型环节的阶跃响应（1）搭建比例环节电路，观察并记录输出信号随时间的变化曲线；（2）搭建积分环节电路，观察并记录输出信号随时间的变化曲线；（3）搭建比例积分环节电路，观察并记录输出信号随时间的变化曲线。
2. 实验二：PID控制器参数整定（1）搭建PID控制器电路，观察并记录输出信号随时间的变化曲线；（2）通过改变PID控制器参数，观察并分析系统响应特性；（3）根据系统响应特性，整定PID控制器参数，使系统达到期望的响应特性。
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告实验报告：自动控制原理一、实验目的本次实验的目的是通过设计并搭建一个简单的自动控制系统，了解自动控制的基本原理和方法，并通过实际测试和数据分析来验证实验结果。
二、实验装置和仪器1. Arduino UNO开发板2.电机驱动模块3.直流电机4.旋转角度传感器5.杜邦线6.电源适配器三、实验原理四、实验步骤1. 将Arduino UNO开发板与电机驱动模块、旋转角度传感器和直流电机进行连接。
2. 编写Arduino代码，设置电机的控制逻辑和旋转角度的反馈机制。
3. 将编写好的代码上传至Arduino UNO开发板。
4.将电源适配器连接至系统，确保实验装置正常供电。
5.启动实验系统并观察电机的转动情况。
6.记录电机的转动角度和实际目标角度的差异，并进行数据分析。
五、实验结果和数据分析在实际操作中，我们设置了电机的目标转动角度为90度，待实验系统运行后，我们发现电机实际转动角度与目标角度存在一定的差异。
通过对数据的分析，我们发现该差异主要由以下几个方面导致：1.电机驱动模块的响应速度存在一定的延迟，导致电机在到达目标角度时出现一定的误差。
2.旋转角度传感器的精度有限，无法完全准确地测量电机的实际转动角度。
这也是导致实际转动角度与目标角度存在差异的一个重要原因。
3.电源适配器的稳定性对电机的转动精度也有一定的影响。
六、实验总结通过本次实验，我们了解了自动控制的基本原理和方法，并通过实际测试和数据分析了解了自动控制系统的运行情况。
同时，我们也发现了实际系统与理论预期之间存在的一些差异，这些差异主要由电机驱动模块和旋转角度传感器等因素引起。
为了提高自动控制系统的精度，我们需要不断优化和改进这些因素，并进行相应的校准和调试。
实验的结果也提醒我们，在实际应用中，需要考虑各种因素的影响，以确保自动控制系统的可靠性和准确性。
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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1-1-1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。
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1-1-1。
当R1=200K的电路与相应曲线
当R1=100K的电路与相应曲线
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1-1-2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。
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1-1-1。
下图为实验电路以及示波器显示的波形
C =1uf时的电路图与相应曲线示波器显示：
当C =1uf时的电路图与相应曲线示波器显示：
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1-1-3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。
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1-1-1。
下图为实验电路以及示波器显示的波形
实验4，用‘扫频法’测量系统的对数幅频曲线和相频曲线幅频曲线
相频曲线
二、MATLAB语言与控制系统仿真
实验任务：
⏹4-11
⏹绘制（a）（b）的根轨迹图
⏹绘制（a）（b）的单位阶跃响应图，分析比例-微分校正器的作用
⏹5-4
⏹绘制（1）（3）的奈氏图
⏹绘制（2）（4）的伯特图
MATLAB 函数说明：
⏹根轨迹
⏹rlocus( )
⏹格式1：rlocus(num，den)
⏹num和den是系统开环传函G K(s)分子和分母多项式的系数。
⏹功能：绘制系统根轨迹。
⏹频率法
⏹nyquist( )
⏹格式：nyquist(num，den)
⏹num和den是开环传递函数的分子和分母多项式的系数。
⏹功能：绘制系统的乃氏曲线。
⏹bode( )
⏹格式：bode(num，den)
⏹num和den是开环传递函数的分子和分母多项式的系数。
⏹功能：绘制系统的bode图。
4-11（A）
实验程序：
根轨迹图：
rlocus( [5],[5,1,0])
4-11（B）
rlocus( [4，5],[5,5,5])
5-4（1）奈氏图
nyquist([2],[16,10,1])
（2）伯特图bode([50],[6,7,7,1,0,0])
（3）奈氏图nyquist([10,2],[1,0.1,0,0])
（4）伯特图bode([8,0.8],[1,5,30,29,25,0])。