东南大学自动控制原理实验三
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五个实验
自动控制原理实验专业班级姓名学号实验时间：2010.10—2010.11一、实验目的和要求：通过自动控制原理实验牢固地掌握《自动控制原理》课的基本分析方法和实验测试手段。
能应用运算放大器建立各种控制系统的数学模型，掌握系统校正的常用方法，掌握系统性能指标同系统结构和参数之间的基本关系。
通过大量实验，提高动手、动脑、理论结合实际的能力，提高从事数据采集与调试的能力，为构建系统打下坚实的基础。
二、实验仪器、设备（软、硬件）及仪器使用说明自动控制实验系统一套计算机（已安装虚拟测量软件---LABACT）一台椎体连接线 18根典型环节实验（一）、实验目的：1、了解相似性原理的基本概念。
2、掌握用运算放大器构成各种常用的典型环节的方法。
3、掌握各类典型环节的输入和输出时域关系及相应传递函数的表达形式，熟悉各典型环节的参数（K、T）。
4、学会时域法测量典型环节参数的方法。
（二）、实验内容：1、用运算放大器构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节和比例积分微分环节。
2、在阶跃输入信号作用下，记录各环节的输出波形，写出输入输出之间的时域数学关系。
3、在运算放大器上实现各环节的参数变化。
（三）、实验要求：1、仔细阅读自动控制实验装置布局图和计算机虚拟测量软件的使用说明书。
2、做好预习，根据实验内容中的原理图及相应参数，写出其传递函数的表达式，并计算各典型环节的时域输出响应和相应参数（K、T）。
3、分别画出各典型环节的理论波形。
5、输入阶跃信号，测量各典型环节的输入和输出波形及相关参数。
（四）、实验原理实验原理及实验设计：1．比例环节： Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时域输出响应：2．惯性环节： Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：3．积分环节： Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：时常数：时域输出响应：4．比例积分环节： Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：5．比例微分环节： Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：6．比例积分微分环节： Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：(五)、实验方法与步骤2、测量输入和输出波形图。
东南大学自动化电机实验三资料
东南大学电工电子实验中心实验报告电机实验课程名称：第三次实验实验名称：直流电机启动及反转实验三直流电机启动及反转一、实验知识点1. 直流电动机直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。
因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。
1）基本构造分为两部分：定子与转子。
定子包括：主磁极，机座，换向极，电刷装置等。
转子包括：电枢铁芯，电枢绕组，换向器，轴和风扇等。
转子组成: 直流电动机转子部分由电枢铁芯、电枢、换向器等装置组成.①电枢铁芯部分：其作用是嵌放电枢绕组和颠末磁通，为了下降电机工作时电枢铁芯中发作的涡流损耗和磁滞损耗。
②电枢部分：作用是发作电磁转矩和感应电动势，而进行能量变换。
电枢绕组有许多线圈或玻璃丝包扁钢铜线或强度漆包线。
③换向器又称整流子，在直流电想法中，它的作用是将电刷上的直流电源电流变换成电枢绕组内的沟通电流，是电磁转矩的倾向稳定不变，在直流发电机中，它将电枢绕组沟通电动势变换为电刷端上输出地直流电动势。
（2）分类（按励磁方式分类）①他励直流电动机励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电动机称为他励直流电动机，永磁直流电动机也可看作他励或自激直流电动机，一般直接称作励磁方式为永磁。
②并励直流电动机并励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组相并联，作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。
③串励直流电动机串励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源。
这种直流电动机的励磁电流就是电枢电流。
④复励直流电动机复励直流电动机有并励和串励两个励磁绕组。
若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。
若两个磁通势方向相反，则称为差复励。
（3）工作原理直流电动机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。
东南大学自动控制原理试验三
东南大学自动控制实验室实验报告实验名称：闭环电压控制系统研究自动化学院自动化课程名称：自动控制原理实验院（系）: 姓 名: 实验室: 同组人员： 评定成绩： _______________________________ 审阅教师:目 录一•实验目的和要求 (3)二•实验原理 (3)三. 实验方案与实验步骤 (4)四. 实验设备与器材配置 (5)五. 实验记录 (5)六. 实验总结 (6)七. 预习与回答 (9)专 业: 学 号: 实验组别： 实验时间：2017/11/17.实验目的和要求实验目的：（1）通过实例展示，认识自动控制系统的组成、功能和自动控制原理课程主要解决的问题。
（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。
报告要求：（1）用文字叙说，工程上，正确实现闭环负反馈的方法。
（2）说明实验步骤（1 ）至（6）的意义。
（3）画出本实验自动控制系统的各个组成部分，并指出对应元件。
（4）你认为本实验最重要的器件是哪个？作用是什么？（5）写出系统传递函数，用劳斯判据说明：闭环工作时，4.7K可变电阻为8圈（Kp=19.2 ）时，数字表的现象和原因。
（6）比较表格中的实验数据，说明开环与闭环控制效果。
（7）用教材上稳态误差理论公式 E=R/1+Kp（ 0型）计算验证稳态误差测量值 e。
注意： R是改变的输入电压，用数字表测得。
开环增益Kp在带了负载以后，实际下降了一半。
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。
自动控制原理实验实验指导书
自动控制原理实验目录实验一二阶系统阶跃响应（验证性实验） (1)实验三控制系统的稳定性分析（验证性实验） (9)实验三系统稳态误差分析（综合性实验） (15)预备实验典型环节及其阶跃响应一、实验目的1.学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。
2.学习典型环节阶跃响应测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节传递函数。
二、实验内容搭建下述典型环节的模拟电路，并测量其阶跃响应。
1.比例(P)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-1。
2.惯性(T)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-2。
3.积分(I)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-3。
4. 比例积分(PI)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-4。
5.比例微分(PD)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-5。
6.比例积分微分(PID)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-6。
三、实验报告1.画出惯性环节、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模拟电路图，用坐标纸画出所记录的各环节的阶跃响应曲线。
2.由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由模拟电路计算的结果相比较。
附1：预备实验典型环节及其阶跃响应效果参考图比例环节阶跃响应惯性环节阶跃响应积分环节阶跃响应比例积分环节阶跃响应比例微分环节阶跃响应比例积分微分环节阶跃响应附2：由模拟电路推导传递函数的参考方法1． 惯性环节令输入信号为U 1(s) 输出信号为U 2(s) 根据模电中虚短和虚断的概念列出公式：整理得进一步简化可以得到如果令R 2/R 1=K ，R 2C=T ，则系统的传递函数可写成下面的形式：()1KG s TS =-+当输入r(t)为单位脉冲函数时 则有输入U 1(s)=1输出U 2(s)=G(s)U 1(s)= 1KTS-+由拉氏反变换可得到单位脉冲响应如下：/(),0t TK k t e t T-=-≥ 当输入r(t)为单位阶跃函数时 则有输入U 1(s)=1/s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)= 11K TS s-+由拉氏反变换可得到单位阶跃响应如下：/()(1),0t T h t K e t -=--≥当输入r(t)为单位斜坡函数时 则有输入U 1(s)=21s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=2323R R C T R R =+2Cs12Cs-(s)U R10-(s)U 21R R +-=12212)Cs (Cs 1(s)U (s)U )(G R R R s +-==12212)Cs 1((s)U (s)U )(G R R R s +-==由拉氏反变换可得到单位斜坡响应如下：/()(1),0t T c t Kt KT e t -=--≥2． 比例微分环节令输入信号为U 1(s) 输出信号为U 2(s) 根据模电中虚短和虚断的概念列出公式：(s)(s)(s)(s)(s)U100-U U 0U 2=1R1R23(4)CSU R R '''---=++由前一个等式得到 ()1()2/1U s U s R R '=- 带入方程组中消去()U s '可得1()1()2/11()2/12()1134U s U s R R U s R R U s R R R CS+=--+由于14R C〈〈，则可将R4忽略，则可将两边化简得到传递函数如下： 2()23232323()(1)1()11123U s R R R R R R R R G s CS CS U s R R R R R ++==--=-++如果令K=231R R R +， T=2323R R C R R +，则系统的传递函数可写成下面的形式：()(1)G s K TS =-+当输入r(t)为单位脉冲函数时，单位脉冲响应不稳定，讨论起来无意义 当输入r(t)为单位阶跃函数时 则有输入U 1(s)=1/s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=(1)K TS S-+由拉氏反变换可得到单位阶跃响应如下：()(),0h t KT t K t δ=+≥当输入r(t)为单位斜坡函数时 则有输入U 1(s)=21s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=2(1)K TS S -+由拉氏反变换可得到单位斜坡响应如下：(),0c t Kt KT t =+≥实验一 二阶系统阶跃响应（验证性实验）一、实验目的研究二阶系统的两个重要参数阻尼比ξ和无阻尼自然频率n ω对系统动态性能的影响。
自动控制原理（实验指导书）
⾃动控制原理（实验指导书）⽬录实验⼀典型环节的模拟研究（验证型）（2）实验⼆典型系统的瞬态响应和稳定性（设计型）（9）实验三动态系统的数值模拟（验证型）（15）实验三动态系统的频率特性研究（综合型）（16）实验四动态系统的校正研究（设计型）（18）附录XMN—2学习机使⽤⽅法简介（20）实验⼀典型环节的模拟研究⼀、实验⽬的:1、了解并掌握XMN-2型《⾃动控制原理》学习机的使⽤⽅法，掌握典型环节模拟电路的构成⽅法，培养学⽣实验技能。
2、熟悉各种典型线性环节的阶跃响应曲线。
3、了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
⼆、实验设备Uo(S)=（K+TS 1）S1?)1()()(21210210CS R R RR R R R S U S U i +++≈（1-19）⽐较式(1-17)和(1-19)得K=21R R R +T=C R R R R ?+2121 （1-20）当输⼊为单位阶跃信号,即Ui(t)=1(t)时,Ui(S)=1/S 。
则由式（1-17）得到111)()(23111022100210++?+++=S C R S C R C R C R S C R R R R S U S U i (1-24) 考虑到R 1》R 2》R 3，则式（1-24）可近似为S C R R R S C R R R S U S U i 2021100101)()(++≈（1-25）⽐较式(1-23)和(1-25)得K P =1R R ， T 1=R 0C 1T D =2021C R R R ? （1-26）当输⼊为单位阶跃信号,即Ui(t)=1(t)时,Ui(S)=1/S 。
则由式（1-23）得到U o (S)=（K P +ST 11+T D S ）S 1?五、实验报告要求：1、实验前计算确定典型环节模拟电路的元件参数各⼀组，并推导环节传递函数参数与模拟电路电阻、电容值的关系以及画出理想阶跃响应曲线。
2、实验观测记录。
东南大学过程控制实验报告三
东南大学自动化学院实验报告课程名称：过程控制第三次实验实验名称：被控过程的电动调节阀实验院（系）：自动化专业：自动化姓名：学号：同组人员：实验时间：2017 年 5 月13 日评定成绩：审阅教师：目录一．实验目的 (3)二．实验内容 (3)三．实验步骤 (3)四．实验现象 (3)五．思考题 (6)一、实验目的1、了解执行器的功能和组成；2、掌握电动调节阀的使用方法，并完成调节阀特性的测定工作；3、熟练掌握调节器的参数设置和手动、自动的操作方法。
二、实验内容1、仪表的配线操作；2、本实验的仪表配线图见图1.2，对实验控制台上的2#、3#调节器的输入、输出、电源进行插棒连线（6根弱电，4根强电）；3、调节器参数的设置；记录曲线，运用组态王中的历史趋势曲线，曲线下方操作按钮的作用参看附录二。
三、实验步骤1、了解P909智能调节器的工作原理P909介绍；2、掌握P909智能调节器的使用方法P909及其使用；3、掌握力控组态过程控制实验平台的使用方法力控软件；4、理解电动调节阀特性电动调节阀的使用；5、当液位平衡后，改变进水阀的开度，一般变化10%左右，等待液位再次平衡，并且记录下改变阀位的时刻。
四、实验现象1、电动调节阀的使用与评价（1）使用注意事项在工业自动化仪表中，电动调节阀算是一种极其笨重的仪表设备，因其结构简单，主要元部件又被壳体笼罩，加之安装在工艺管道上，所以往往不被人们重视。
但是，它的工作状态的好坏会直接影响自动控制过程，如调节阀一旦出现问题，操作人员就会忙手忙脚，还会涉及系统投运、生产安全、产品质量、环境污染等等。
为了确保电动调节阀能够正常工作，使生产系统安全运行，新阀在安装之前，应首先检查阀上的铭牌标记是否与设计要求相符。
同时还应对其基本误差限、全行程偏差、回差、死区、泄漏量（在要求严格的场合时进行）等项目进行调试。
如果是对原生产系统中调节阀进行了大修，除了对上述各项进行校验外，还应对旧阀的填料函和连接处等部位进行密封性检查。
自动控制原理实验
自动控制原理实验实验一 控制系统的数学模型一、 实验目的1. 熟悉Matlab 的实验环境，掌握Matlab 建立系统数学模型的方法。
2. 学习构成典型环节的模拟电路并掌握典型环节的软件仿真方法。
3. 学习由阶跃响应计算典型环节的传递函数。
二、 实验内容1. 已知图1.1中()G s 和()H s 两方框相对应的微分方程分别是：()610()20()()205()10()dc t c t e t dtdb t b t c t dt+=+=且满足零初始条件，用Matlab 求传递函数()()C s R s 和()()E s R s 。
图1.1 系统结构图2. 构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例-积分环节、比例-微分环节和比例-积分-微分环节的模拟电路并用Matlab 仿真；3. 求以上各个环节的单位阶跃响应。
三、 实验原理1. 构成比例环节的模拟电路如图1.2所示，该电路的传递函数为：21().R G s R =-图1.2 比例环节的模拟电路原理图2. 构成惯性环节的模拟电路如图1.3所示，该电路的传递函数为：221(),,.1R KG s K T R C Ts R =-==+图1.2 惯性环节的模拟电路原理图3. 构成积分环节的模拟电路如图1.3所示，该电路的传递函数为：1(),.G s T RC Ts==图1.3 积分环节的模拟电路原理图4. 构成比例-积分环节的模拟电路如图1.4所示，该电路的传递函数为：2211()1,,.R G s K K T R C Ts R ⎛⎫=-+== ⎪⎝⎭图1.4 比例-积分环节的模拟电路原理图5. 构成比例-微分环节的模拟电路如图1.5所示，该电路的传递函数为：221()(1),,.R G s K Ts K T R C R =-+==图1.5 比例-微分环节的模拟电路原理图6. 构成比例-积分-微分环节的模拟电路如图1.6所示，该电路的传递函数为：121211212121121()1(1)()()()()()p d i f p i i ff i f f f f f d f f G s K T s T s R R R R C K R R C T R CT R R C R R C R R R R R R CC T R R C R R C⎛⎫=++ ⎪⎝⎭++=+==+++++=+++图1.6 比例-积分-微分环节的模拟电路原理图四、实验要求1.画出各环节的模拟电路图。
自动控制原理实验
2014-2015学年第二学期自动控制原理实验报告姓名：王丽学号：20122527班级：交控3班指导教师：周慧实验一：典型系统的瞬态响应和稳定性1. 比例环节的阶跃响应曲线图（1:1）比例环节的阶跃响应曲线图（1:2）2. 积分环节的阶跃响应曲线图（c=1uf）3. 比例积分环节的阶跃响应曲线图（c=1uf）比例积分环节的阶跃响应曲线图（c=2uf）4. 惯性环节的阶跃响应曲线图（c=1uf）惯性环节的阶跃响应曲线图（c=2uf）5. 比例微分环节的阶跃响应曲线图（r=100k）比例微分环节的阶跃响应曲线图（r=200k）6. 比例积分微分环节的阶跃响应曲线图（r=100k）比例积分微分环节的阶跃响应曲线图（r=200k）实验结论1. 积分环节的阶跃响应曲线图可以看出，积分环节有两个明显的特征：（1）输出信号是斜坡信号（2）积分常数越大，达到顶峰需要的时间就越长2. 比例积分环节就是把比例环节与积分环节并联，分别取得结果之后再叠加起来，所以从图像上看，施加了阶跃信号以后，输出信号先有一个乘了系数K的阶跃，之后则逐渐按斜坡形式增加，形式同比例和积分的加和是相同的，因而验证了这一假设。
3. 微分环节对于阶跃信号的响应，在理论上，由于阶跃信号在施加的一瞬间有跳变，造成其微分结果为无穷大，之后阶跃信号不再变化，微分为0，表现为输出信号开始衰减。
4. PID环节同时具备了比例、积分、微分三个环节的特性，输出图像其实也就是三个环节输出特性的叠加。
三个环节在整个系统中的工作实际上是相互独立的，这也与它们是并联关系的事实相符合。
5.惯性环节的传递函数输出函数：可以看到，当t→∞时，r(t)≈Ku(t),这与图中的曲线是匹配的。
实验心得通过本实验我对试验箱更加熟悉，会连接电路；更直观的看到电路的数学模型和电路的响应曲线图三者之间的关系，这让我能够将在此之前所学的知识联系到一起。
不管是什么电路，如果要研究它首先就是得到它的数学模型，然后再通过对数学模型的研究间接的来研究该电路。
东南大学计算机控制技术实验报告三
东南大学自动化学院实验报告课程名称：计算机控制技术第三次实验实验名称：离散化方法研究院（系）：自动化专业：自动化姓名：学号：同组人员：实验时间：2017 年 4 月12 日评定成绩：审阅教师：目录一．实验目的 (3)二．实验设备 (3)三．实验原理 (3)四．实验步骤 (7)五．实验结果 (8)一、实验目的1．学习并掌握数字控制器的设计方法（按模拟系统设计方法与按离散设计方法）；2．熟悉将模拟控制器D(S)离散为数字控制器的原理与方法（按模拟系统设计方法）；3．通过数模混合实验，对D(S)的多种离散化方法作比较研究，并对D(S)离散化前后闭环系统的性能进行比较，以加深对计算机控制系统的理解。
二、实验设备1．THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台2．PCI-1711数据采集卡一块3．PC机1台(安装软件“VC++”及“THJK_Server”)三、实验原理由于计算机的发展，计算机及其相应的信号变换装置（A/D和D/A）取代了常规的模拟控制。
在对原有的连续控制系统进行改造时，最方便的办法是将原来的模拟控制器离散化。
在介绍设计方法之前，首先应该分析计算机控制系统的特点。
图3-1为计算机控制系统的原理框图。
图3-1 计算机控制系统原理框图由图3-1可见，从虚线I向左看，数字计算机的作用是一个数字控制器，其输入量和输出量都是离散的数字量，所以，这一系统具有离散系统的特性，分析的工具是z变换。
由虚线II向右看，被控对象的输入和输出都是模拟量，所以该系统是连续变化的模拟系统，可以用拉氏变换进行分析。
通过上面的分析可知，计算机控制系统实际上是一个混合系统，既可以在一定条件下近似地把它看成模拟系统，用连续变化的模拟系统的分析工具进行动态分析和设计，再将设计结果转变成数字计算机的控制算法。
也可以把计算机控制系统经过适当变换，变成纯粹的离散系统，用z变化等工具进行分析设计，直接设计出控制算法。
按模拟系统设计方法进行设计的基本思想是，当采样系统的采样频率足够高时，采样系统的特性接近于连续变化的模拟系统，此时忽略采样开关和保持器，将整个系统看成是连续变化的模拟系统，用s 域的方法设计校正装置D(s)，再用s 域到z 域的离散化方法求得离散传递函数D(z)。
自动控制原理实验3
经典三阶系统旳稳定性 研究
一、试验目旳
1、 熟悉反馈控制系统旳构造和工作原理； ２、了解开环放大系数对系统稳定性旳影 响。
二、试验要求：
观察开环增益对三阶系统稳定性 旳影响。
三、试验仪器：
1．自控系统教学模拟机 XMN-2 1台； 2．TDS1000B-SC 系列数字存储示波 器1台； 3．万用表
由劳斯判据懂得，当：
11.9619.6 19.6k 0
19.6k 0
得到系统稳定范围：0 k 11.96
当：
11.96 19.6 19.6k 0
得到系统临界稳定时：
k 11.96
当：
11.96 19.6 19.6k 0
得到系统不稳定范围：k 11.96
将K=510/R代入（3-6）～（3-8）得： R>42.6KΩ 系统稳定 R=42.6KΩ 系统临界稳定 R<42.6KΩ 系统不稳定
G(S)H (S)
510 / R
S(0.1S 1)(0.51S 1)
系统旳特征方程为：
S 3 11.96S 2 19.6S 19.6K 0
用劳斯判据求出系统稳定、临界稳定、 不稳定时旳开环增益：
S3
1
19.6
S2
11.96
19.6K
11.96 19.6 19.6K
S1
11.96
S0
19.6K
四、试验原理和内容：
利用自控系统教学模拟机来模拟 给定三阶系统。
经典三阶系统原理方块图如下图 所示。
G(S )H (S )
K1K 2
T0S (T1S 1)(T2S 1)
K
S(T1S 1)(T2S 1)
给定三阶系统电模拟图
东南大学自控实验仿真
东南大学自动化学院实验报告课程名称：控制基础第 3 次实验实验名称：Matlab/Simulink仿真实验院（系）：自动化学院专业：自动化姓名：学号：实验室：416 实验组别：同组人员：实验时间：评定成绩：审阅教师：一． 实验目的1.学习系统数学模型的多种表达方法，并会用函数相互转换。
2.学习模型串并联及反馈连接后的系统传递函数。
3.掌握系统BODE 图，根轨迹图及奈奎斯特曲线的绘制方法。
并利用其对系统进行分析。
4. 掌握系统时域仿真的方法，并利用其对系统进行分析。
二． 实验内容1． 已知H （s ）=0.051(0.21)(0.11)s s s +++，求H （s ）的零极点表达式和状态空间表达式。
解： 状态空间表达式： 零点表达式：2．已知15()(1)(2)s H s s s s +=++，21()1H s s =+。
（1） 求两模型串联后的系统传递函数。
（2） 求两模型并联后的系统传递函数。
（3） 求两模型在负反馈连接下的系统传递函数。
解：（1）串联后的传递函数：（2）并联后的传递函数：(3)两模型在负反馈连接下的系统传递函数。
H2在反馈通道：H1在反馈通道：3．作出上题中（1）的BODE图，并求出幅值裕度与相位裕度。
（4）伯德图：求幅值裕度与相位裕度%幅值裕度，对应-5.07dB%相角裕度；%-180度相角频率%截止频率4. 给定系统开环传递函数为2()(2)(25)K G s s s s =+++，绘制系统的根轨迹图与奈奎斯特曲线，并求出系统稳定时的增益K的范围。
解：根轨迹图：奈奎斯特曲线：系统临界稳定时增益K的值为：26所以系统稳定时K的范围是：0<K<26 K=26时的奈奎斯特图：5.对题四中的系统，当K=10和40时，分别作出闭环系统的阶跃响应曲线，要求用Simulink实现。
解：当K=10时：闭环系统的阶跃响应曲线为：当K=40时：闭环系统的阶跃响应曲线为：实验分析：由图可看出，当K=10<26时，阶跃响应时收敛的，即闭环系统是稳定的。
自动控制原理实验3
3.1.3 三阶系统的瞬态响应和稳定性一．实验要求1. 了解和掌握典型三阶系统模拟电路的构成方法及Ⅰ型三阶系统的传递函数表达式。
2. 熟悉劳斯（ROUTH ）判据使用方法。
3. 应用劳斯（ROUTH ）判据，观察和分析Ⅰ型三阶系统在阶跃信号输入时，系统的稳定、临界稳定及不稳定三种瞬态响应。
二．实验原理及说明典型Ⅰ型三阶单位反馈系统原理方块图见图3-1-10。
图3-1-10 典型三阶闭环系统的方块图Ⅰ型三阶系统的开环传递函数：)1)(1()(2121++=S T S T TiS K K S G（3-1-4）闭环传递函数（单位反馈）：212121)1)(1()(1)()(K K S T S T TiS K K S G S G S +++=+=φ （3-1-5）Ⅰ型三阶闭环系统模拟电路如图3-1-11所示。
它由积分环节（A2）、惯性环节（A3和A5）构成。
图3-1-11 Ⅰ型三阶闭环系统模拟电路图图3-1-11的Ⅰ型三阶闭环系统模拟电路的各环节参数及系统的传递函数：积分环节（A2单元）的积分时间常数Ti=R 1*C 1=1S ，惯性环节（A3单元）的惯性时间常数 T1=R 3*C 2=0.1S ， K1=R3/R2=1 惯性环节（A5单元）的惯性时间常数 T2=R 4*C 3=0.5S ，K2=R4/R=500k/R 该系统在A5单元中改变输入电阻R 来调整增益K ，R 分别为 30K 、41.7K 、100K 。
模拟电路的各环节参数代入式（3.1.4），该电路的开环传递函数为：G(S) =)15.0)(11.0(++S S S KR k Ti K K K 5002*1==模拟电路的开环传递函数代入式（3.1.5），该电路的闭环传递函数为：KS S S KK S S S K S 20201220)15.0)(11.0()(23+++=+++=φ 闭环系统的特征方程为： 0202012,0)(123=+++⇒=+K S S S S G （3-1-6） 特征方程标准式：0322130=+++a S a S a S a（3-1-7）把式（3.1.6）代入式（3.1.7）由Routh 稳定判据判断得Routh 行列式为：200122024020122010001233130211312203KS KSK S S a S a a a a a Sa a S a a S -⇒-为了保证系统稳定，第一列的系数都为正值，所以⎪⎩⎪⎨⎧>>-02001220240K K由ROUTH 判据，得⎪⎩⎪⎨⎧<⇒>=⇒=Ω>⇒<<系统不稳定系统临界稳定系统稳定 41.7K ΩR 12K 41.7K ΩR12 K 7.41 12K 0K R三．实验内容及步骤Ⅰ型三阶闭环系统模拟电路图见图3-1-11，分别将（A11）中的直读式可变电阻调整到30K 、41.7K 、100K ，跨接到A5单元（H1）和（IN ）之间，改变系统开环增益进行实验。
自动控制原理实验
自动控制原理实验实验1 控制系统典型环节的模拟利用运算放大器的基本特性，如：开环增益高，输入阻抗大、输出阻抗小等，通过设置不同的反馈网络，可以模拟各种典型环节。
一．实验目的● 掌握用运算放大器组成控制系统典型环节的电子电路原理。
●观察几种典型环节的阶跃响应曲线。
● 了解参数变化对典型环节输出动态性能（即阶跃响应）的影响。
二．实验仪器●THSCC-1实验箱一台。
● 示波器一台。
三．实验内容 1．比例环节比例（P ）环节的方框图如图1-1所示。
图1-1比例环节方框图K Z Z S u S u S G i o ==-=12)()()(当输入为单位阶跃信号，即u i =-1V 时，u i （s ）=s 1，则u o （s ）=K s1，所以输出响应为：u o （t ）=K （t ≥0）。
比例环节实验原理图如图1-2所示。
选择：K=R2/R1=2，例如选择R2=820k ，R1=410k ，或选择R2=100k ，R1=51k 。
R2图1-2 比例环节实验原理图和输出波形实验步骤： （1）调整示波器： ● 选择输入通道CH1或CH2。
● 逆时针调节示波器的时间旋钮“TIME/DIV ”到底，使光标为一点，并调节上下“位移”旋钮使光标位于0线上。
●调整示波器的输入幅度档位选择开关，选择合适的档位使信号幅度便于观察，例如选择档位为1V 档。
● 将输入幅度档位选择开关中心的微调旋钮顺时针旋到底。
● 将信号选择开关打到DC 档。
（2）顺时针调节实验箱的旋钮，使阶跃信号为负（绿灯亮）。
（3）阶跃信号接到示波器上，调节实验箱的幅度旋钮。
使负跳变幅度为一格（即Ui=-1V ）。
（4）接好实验线路，按下阶跃信号按钮，观察示波器的波形。
预习思考：输出幅度跳变应为……? 2.惯性环节惯性环节实验原理图如图1-3所示。
其传递函数为：11)()()(+==TS K s u s u S G i o ， K= R2/R1，T=R2*C 当输入为单位阶跃信号，即u i （t ）=-1V 时，u i （s ）=S 1，则u o （s ）=S11TS 1⋅+ 所以输出响应为u o （t ）=)e1(K Tt--。
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
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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院（系）: 姓 名: 实验室: 同组人员：评定成绩：东南大学自动控制实验室实验报告课程名称：自动控制原理实验专 业：—自动化 ____________ 学 号： ___________________ 实验组别： _________________ 实验时间：_2017/11/17 _______实验名称： 闭环电压控制系统研究自动化学院审阅教师：_________________ 一．实验目的和要求 . (3)二．实验原理 (3)三．实验方案与实验步骤. (4)四．实验设备与器材配置. (5)五．实验记录 (5)六．实验总结 (6)七．预习与回答 (9)．实验目的和要求实验目的：（ 1）通过实例展示，认识自动控制系统的组成、功能和自动控制原理课程主要解决的问题。
（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。
报告要求：（ 1）用文字叙说，工程上，正确实现闭环负反馈的方法。
（ 2）说明实验步骤（ 1）至（ 6）的意义。
（ 3）画出本实验自动控制系统的各个组成部分，并指出对应元件。
（ 4）你认为本实验最重要的器件是哪个？作用是什么？（5）写出系统传递函数，用劳斯判据说明：闭环工作时， 4.7K 可变电阻为 8圈（ Kp=19.2 ）时，数字表的现象和原因。
（ 6）比较表格中的实验数据，说明开环与闭环控制效果。
（7）用教材上稳态误差理论公式 E=R/1+Kp（ 0型）计算验证稳态误差测量值 e。
注意： R是改变的输入电压，用数字表测得。
开环增益Kp在带了负载以后，实际下降了一半。
．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。
2）自动控制的根本是闭环，尽管有的系统不能直接感受到它的闭环形式，如步进电机控制，专家系统等，从大局看，还是闭环。
闭环控制可以带来想象不到的好处，本实验就是用开环和闭环在负载扰动下的实验数据，说明闭环控制效果。
自动控制系统性能的优劣，其原因之一就是取决调节器的结构和算法的设计（本课程主要用串联调节、状态反馈），本实验为了简洁，采用单闭环、比例调节器K。
通过实验证明：不同的 K,对系性能产生不同的影响，以说明正确设计调节器算法的重要性。
(3) 为了使实验有代表性，本实验采用三阶(高阶)系统。
这样，当调节器K值过大时，控实验方案与实验步骤制系统会产生典型的现象一一振荡。
本实验也可以认为是一个真实的电压控制系统。
(1) 如图接线，建议使用运算放大器U8 U10、U9 U11、U13。
先开环，即比较器接输出一端的反馈电阻100K Q接地。
将可变电阻47K Q (必须接可变电阻 47K上面两个插孔)左旋到底时，即系统增益 Kp=O。
再右旋1圈，阻值为4.7K Q, Kp=2.4。
经仔细检查后接通220伏电源，再打开+15、-15伏电源开关，弹起红色按键“不锁零”。
(2) 按下“阶跃按键”键，调“负输出”端电位器RP2使“交/直流数字电压表”的电压为2.00V。
如果调不到，则对开环系统进行逐级检查，找出故障原因，并记录。
(3) 先按表格先调好可变电阻47K Q的规定圈数，再调给定电位器RP2在确保空载输出为2.00V的前提下，再加上1K Q的扰动负载。
分别右旋调2圈、4圈、8圈后依次测试，测得各数据填表。
注意：为了数据可比性，加 1 K Q负载前必须保证电压是 2.00V。
稳态误差测量值e是比较器的输出，用数字表测得。
(4) 正确判断并实现反馈！(课堂提问)理解后闭环，即反馈端电阻100K Q接系统输出。
(5) 按表格调可变电阻 47K Q的圈数，再调给定电位器RP2在确保空载输出为 2.00V的前提下，再加上1K Q的扰动负载，分别右旋调2圈、4圈、8圈依次测试，填表要注意在可变电阻为 8圈时数字表的现象。
并用理论证明。
(6) 将比例环节换成积分调节器：将第二运放的10K Q改为100K Q; 47K Q可变电阻改为10卩F电容，调电位器 RP2确保空载输出为 2.00V后再加载，测输出电压值并记录。
四.实验设备与器材配置THBDC-1实验平台五.实验记录输出电压值：2.0V六．实验总结实验数据处理：稳态误差理论公式：E=R/1+Kp, R 是改变的输入电压，用数字表测得： 1 圈：E=2.8/(1+2.4/2)=1.32 圈： E=2.4/ ( 1+4.8/2 )=0.74 圈： E=2.2/ ( 1+9.6/2 )=0.48 圈：振荡实验结果分析讨论：1) 用文字叙说，工程上，正确实现闭环负反馈的方法。
实现闭环负反馈的方法主要有四种，一是用输出与输入做加减法。
二是带极性判断加减。
三是根据电压变化量加减。
四是闭环的情况下根据误差的变化来选择正反馈和负反馈，正反馈误差发散，负反馈误差收敛。
正确的方法为三和四，但在工程上，正确实现闭环负反馈的方法只有第三种，如果使用第四种方法会导致飞车。
正确实现闭环负反馈的方法为：如果输入信号增加，测量反馈信号，若增加，就将输入信号与反馈信号构成减法电路实现。
反之构成加法电路实现。
2) 说明实验步骤( 1)至( 6)的意义。
意义：步骤一：先进行基本的开环操作，让平台正常工作。
步骤二：调节电位器 RP2确保交直流数字电压表的电压能够调到 2.00V步骤三：是在开环控制的条件下，测量空载输出为2V时，加负载时的电压输出值。
与闭环控制条件下的测量值进行比较，说明开环与闭环控制的差异。
同时也为了说明在开环控制的条件下， Kp 变化对输出量没有影响。
步骤四：正确判断并实现负反馈，确保在闭环条件下的基准电压为2V步骤五：闭环下，使 Kp从小变化到大，测量此时的输出电压，观察8圈时数字表的现象。
数字电压表现象，在 8圈时，输出电压值出现了振荡不稳定的情况。
步骤六：比例环节带负载输出电压会下降，而积分环节不会，使输出更稳定，对积分环节进行测量验证被控对象 卯nF 』 pHI — -OH吐JuF 』 p-il-HZH jh 匸-L_H>:'HE ： rTl —R ：单位反馈3) 画出本实验自动控制系统的各个组成部分，并指出对应元件。
实验鳥闭环电压控制系统研究接議凰4) 你认为本实验最重要的器件是哪个？作用是什么？本实验最重要的器件时调节器，作用是根据反馈的结果对输入的信号进行调节。
调节 Kp的值，以便于观察开环和闭环控制时，在不同Kp 的条件下，加负载时输出电压值。
5) 写出系统传递函数， 用劳斯判据说明：闭环工作时，4.7K 可变电阻为8圈(Kp=19.2 )时， 数字表的现象和原因。
每一个模块的传递函数如下： 比例环节：G1 ( s) = - K 惯性环节:G2(s)= - 2/(0.2s+1)G3(s)= -1/(0.094s+1) G4(s)= -2.55/(0.051s+1)单位反馈：H(s)=1给定输入扰动*U 。
调节器比较器器LOK系统的传递函数为：G (s)=G1(s)G2(s)G3(s)G4(s) / [1+H(s)G1(s)G2(s)G3(s)G4(s)]G(s)劳斯表:S30.0009588 护0.033794S10.345 -0.0283719* 0.3451+5.1K (1+5.1K)1+5.1K若系统稳定，则第一列全为正数：0.345 -0.0283719（1+5.1K ） >01+5.1K>0求出K的范围为：2.19 >K> -0.196Kp=5.1K1<Kp<5.1 2.19=11.17故满足以上条件时，系统才稳定。
当旋转 8圈时，Kp=19.2>11.17，故系统的传递函数在复平面右边平面出现了根，因此系统不稳定，由于运放有饱和电压，输出并不会趋于无穷大，而是在一定范围内振荡。
6）比较表格中的实验数据，说明开环与闭环控制效果。
答：开环下，加相同的阻值的负载，在不同增益KP情况下获得相同的输出电压，该电压较空载输出电压有明显偏差，而实现了闭环控制后，加相同阻值的负载，随着增益KP有限度的增大，输出电压越接近空载时输出电压.7）用教材上稳态误差理论公式 E=R/1+Kp（ 0型）计算验证稳态误差测量值 e。
注意：R是改变的输入电压，用数字表测得。
开环增益Kp在带了负载以后，实际下降了一半。
答：由数据可得，开环增益越大，稳态误差越小，但开环增益过大，就会产生系统振荡。
对本系统而言，阶跃信号下的系统的稳态误差和开环增益的关系如下：七.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：要实现闭环负反馈，则根据系统在输入端和反馈端的变化情况，根据变化量决定是相加还是相减。
如果输入信号增加，测量反馈信号，若增加，就将输入信号与反馈信号构成减法电路实现。
反之构成加法电路实现。
(2) 你认为表格中加1K Q载后，开环的电压值与闭环的电压值，哪个更接近2V?答：闭环电压值更接近 2V,因为在本实验中，开环情况下，当出现扰动时，系统不具备调节能力，因此偏离2V较远。
闭环情况下，当系统出现扰动时，由于系统加入了反馈可以对扰动进行调节，偏离 2V的程度也就更小。
(3) 预习劳斯判据和稳态误差。
答：劳斯判据：1.线性系统渐进稳定的充分必要条件是，由特征方程系数组成的劳斯表的第一列的元素全为正数。
2.若系统不是渐进稳定的，则系统特征方程在复平面右半部内根的个数等于劳斯表第一列元素符号改变的次数。
稳态误差：系统从一个稳态过度到新的稳态，或系统受扰动作用又重新平衡后，系统出现的偏差。
稳态误差记作 e s「。