自动控制实验
自动控制原理实验
自动控制原理实验自动控制原理实验是自动控制原理课程的重要组成部分，通过实验可以帮助学生深入理解自动控制原理的相关知识，并且掌握实际操作的能力。
本实验旨在通过具体的实验操作，让学生对自动控制原理的理论知识有更深入的了解，同时培养学生的实际动手能力和解决问题的能力。
一、实验目的。
本实验旨在通过具体的实验操作，让学生对自动控制原理的理论知识有更深入的了解，同时培养学生的实际动手能力和解决问题的能力。
二、实验原理。
自动控制原理是一门研究控制系统的设计与分析的学科，它主要研究用于自动控制的原理、方法和技术。
自动控制原理实验是通过实验来验证自动控制原理的理论知识，包括传递函数、控制器设计、系统响应等内容。
三、实验内容。
1. 搭建控制系统模型，根据所学的自动控制原理知识，搭建相应的控制系统模型，包括传感器、执行器、控制器等组成部分。
2. 系统参数测量，对搭建好的控制系统模型进行参数测量，包括系统的传递函数、阶跃响应等参数。
3. 控制器设计与调试，根据实验要求，设计相应的控制器，并进行调试，观察系统的响应情况。
4. 系统性能分析，对设计好的控制系统进行性能分析，包括稳定性、灵敏度、鲁棒性等指标的评估。
四、实验步骤。
1. 按照实验要求，搭建控制系统模型，包括传感器、执行器、控制器等组成部分。
2. 进行系统参数测量，包括系统的传递函数、阶跃响应等参数的测量。
3. 根据实验要求，设计相应的控制器，并进行调试，观察系统的响应情况。
4. 对设计好的控制系统进行性能分析，包括稳定性、灵敏度、鲁棒性等指标的评估。
五、实验结果与分析。
通过实验操作，我们得到了控制系统的传递函数、阶跃响应等参数，并设计了相应的控制器进行了调试。
通过对系统的性能分析，我们可以得出系统的稳定性较好，对外界干扰具有一定的抵抗能力。
六、实验总结。
通过本次实验，我们深入理解了自动控制原理的相关知识，掌握了实际操作的能力。
同时，我们也发现了一些问题，比如在控制器设计与调试过程中遇到了一些困难，需要进一步加强相关知识的学习和实践能力的培养。
自动控制实训实验报告
一、实验目的1. 熟悉并掌握自动控制系统的基本原理和实验方法；2. 理解典型环节的阶跃响应、频率响应等性能指标；3. 培养动手能力和分析问题、解决问题的能力。
二、实验原理自动控制系统是指利用各种自动控制装置，按照预定的规律自动地完成对生产过程或设备运行状态的调节和控制。
本实验主要研究典型环节的阶跃响应和频率响应。
1. 阶跃响应：当系统受到一个阶跃输入信号时，系统输出信号的变化过程称为阶跃响应。
阶跃响应可以反映系统的稳定性、快速性和准确性。
2. 频率响应：频率响应是指系统在正弦输入信号作用下的输出响应。
频率响应可以反映系统的动态性能和抗干扰能力。
三、实验仪器与设备1. 自动控制实验箱；2. 双踪示波器；3. 函数信号发生器；4. 计算器；5. 实验指导书。
四、实验内容与步骤1. 阶跃响应实验（1）搭建实验电路，连接好实验箱和示波器。
（2）输入阶跃信号，观察并记录阶跃响应曲线。
（3）分析阶跃响应曲线，计算系统的超调量、上升时间、调节时间等性能指标。
2. 频率响应实验（1）搭建实验电路，连接好实验箱和示波器。
（2）输入正弦信号，改变频率，观察并记录频率响应曲线。
（3）分析频率响应曲线，计算系统的幅频特性、相频特性等性能指标。
3. 系统校正实验（1）搭建实验电路，连接好实验箱和示波器。
（2）输入阶跃信号，观察并记录未校正系统的阶跃响应曲线。
（3）根据期望的性能指标，设计校正环节，并搭建校正电路。
（4）输入阶跃信号，观察并记录校正后的阶跃响应曲线。
（5）分析校正后的阶跃响应曲线，验证校正效果。
五、实验结果与分析1. 阶跃响应实验（1）实验结果：根据示波器显示的阶跃响应曲线，计算得到系统的超调量为10%，上升时间为0.5s，调节时间为2s。
（2）分析：该系统的稳定性较好，但响应速度较慢，超调量适中。
2. 频率响应实验（1）实验结果：根据示波器显示的频率响应曲线，计算得到系统的幅频特性在0.1Hz到10Hz范围内基本稳定，相频特性在0.1Hz到10Hz范围内变化不大。
自动控制原理实验二阶系统的阶跃响应
自动控制原理实验二阶系统的阶跃响应一、实验目的通过实验观察和分析阶跃响应曲线，了解二阶系统的动态特性，掌握用MATLAB仿真二阶系统阶跃响应曲线的绘制方法，提高对二阶系统动态性能指标的计算与分析能力。
二、实验原理1.二阶系统的传递函数形式为：G(s)=K/[(s+a)(s+b)]其中，K为系统增益，a、b为系统的两个特征根。
特征根的实部决定了系统的稳定性，实部小于零时系统稳定。
2.阶跃响应的拉氏变换表达式为：Y(s)=G(s)/s3.阶跃响应的逆拉氏变换表达式为：y(t)=L^-1{Y(s)}其中，L^-1表示拉氏逆变换。
三、实验内容1.搭建二阶系统，调整增益和特征根，使系统稳定，并记录实际的参数数值。
2.使用MATLAB绘制二阶系统的阶跃响应曲线，并与实际曲线进行对比分析。
四、实验步骤1.搭建二阶系统，调整增益和特征根，使系统稳定。
根据实验要求，选择适当的数字电路元件组合，如电容、电感、电阻等，在实际电路中搭建二阶系统。
2.连接模拟输入信号。
在搭建的二阶系统的输入端接入一个阶跃信号发生器。
3.连接模拟输出信号。
在搭建的二阶系统的输出端接入一个示波器，用于实时观察系统的输出信号。
4.调整增益和特征根。
通过适当调整二阶系统的增益和特征根，使系统达到稳定状态。
记录实际调整参数的数值。
5.使用MATLAB进行仿真绘制。
根据实际搭建的二阶系统参数，利用MATLAB软件进行仿真，绘制出二阶系统的阶跃响应曲线。
6.对比分析实际曲线与仿真曲线。
通过对比分析实际曲线与仿真曲线的差异，分析二阶系统的动态特性。
五、实验结果与分析1.实际曲线的绘制结果。
根据实际参数的输入，记录实际曲线的绘制结果，并描述其特点。
2.仿真曲线的绘制结果。
利用MATLAB软件进行仿真，绘制出仿真曲线，并与实际曲线进行对比分析。
3.实际曲线与仿真曲线的对比分析。
通过对比实际曲线与仿真曲线的差异，分析二阶系统的动态特性，并讨论影响因素。
六、实验讨论与结论1.实验过程中遇到的问题。
自动控制原理实验项目
自动控制原理实验项目自动控制原理实验项目是一项旨在研究和应用自动控制原理的实验项目。
本项目的目标是通过实际操作和数据分析，深入理解自动控制原理，并掌握相关的实验技能和方法。
一、实验目的本实验项目的主要目的如下：1. 理解自动控制原理的基本概念和原理；2. 学习并掌握常见的自动控制系统的工作原理和特性；3. 掌握自动控制系统的设计、调试和优化方法；4. 培养实验操作和数据分析的能力。
二、实验内容本实验项目包括以下几个主要内容：1. 自动控制系统的基本组成和工作原理：包括传感器、执行器、控制器等组成部分的功能和相互关系；2. 自动控制系统的模型建立与仿真：使用MATLAB等软件建立自动控制系统的数学模型，并进行仿真分析；3. PID控制器的设计与调试：学习PID控制器的原理和调试方法，并通过实验验证控制效果；4. 系统辨识与参数优化：通过实验数据分析和辨识方法，优化控制系统的参数，提高系统的稳定性和性能；5. 高级控制方法的应用：学习和应用先进的自动控制方法，如模糊控制、神经网络控制等；6. 实验报告的撰写与展示：根据实验结果和分析，撰写实验报告，并进行实验结果的展示和讨论。
三、实验器材和材料本实验项目所需的主要器材和材料包括：1. 电脑及相关软件：用于建立模型、进行仿真和数据分析；2. 控制器和执行器：如PLC、单片机等，用于实现自动控制系统；3. 传感器和测量仪器：如温度传感器、压力传感器等，用于采集实验数据；4. 实验电路板和电源：用于搭建实验电路和供电；5. 实验样品和试剂：根据具体实验内容而定。
四、实验步骤本实验项目的主要步骤如下：1. 熟悉实验器材和材料，并进行必要的预热、校准等操作；2. 按照实验要求，搭建自动控制系统的实验电路；3. 进行实验数据的采集和记录，并进行数据处理和分析；4. 根据实验结果，进行控制系统的参数调试和优化；5. 进行实验报告的撰写，并准备实验结果的展示和讨论。
自动控制系统原理及其实验
目录第一章自动控制原理实验 (1)实验一典型环节模拟方法及动态特性 (1)实验二典型二阶系统的动态特性 (4)实验三典型调节规律的模拟电路设计及动态特性测试 (6)实验四调节系统的稳态误差分析 (8)实验五三阶系统模拟电路设计及动态特性和稳定性分析 (10)实验六单回路系统中的PI调节器参数改变对系统稳定性影响 (12)实验七典型非线性环节的模拟方法 (14)实验八线性系统的相平面分析 (16)第二章控制理论实验箱及DS3042M（40M）示波器简介 (18)第一节自动控制理论实验箱的简介 (18)第二节数字存储示波器简介 (19)第一章 自动控制原理实验 实验一 典型环节模拟方法及动态特性一、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。
二、实验设备及器材配置1、自动控制理论实验系统。
2、数字存储示波器。
3、数字万用表。
4、各种长度联接导线。
三、实验内容分别模拟比例环节、积分环节、实际微分环节、惯性环节，输入阶跃信号，观察变化情况。
1、比例环节实验模拟电路见图1-1所示传递函数：K R RV V I -=-=120 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、积分环节实验模拟电路见图1-2所示Vo100K V IR 2R 1图1-1传递函数：ST V V I I O 1-= ，其中T I =RC 阶跃输入信号：2V实验参数：（1） R=100K C=1µf （2） R=100K C=2µf3、实际微分环节实验模拟电路见图1-3所示传递函数：K ST ST V V D D I O +-=1 其中 T D =R 1C K=12R R阶跃输入信号：2V 实验参数：（1） R 1=100K R 2=100K C=1µf （2）R 1=100K R 2=200K C=1µf 4、惯性环节实验模拟电路见图1-4所示 传递函数：1+-=TS K V V I O 其中 T=R 2C K=12R R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=2µfVo R 2R 1 100K V I C图1-4100K RV IVoC图1-2R 2C R 1V I Vo100K 图1-3四、实验步骤1、熟悉实验设备并在实验设备上分别联接各种典型环节。
自控实验报告实验总结
一、实验背景随着现代工业和科技的飞速发展，自动控制技术在各个领域得到了广泛应用。
为了使学生更好地理解和掌握自动控制原理及其应用，我们进行了为期两周的自控实验。
本次实验旨在通过实际操作，加深对自动控制原理的理解，提高动手实践能力。
二、实验目的1. 熟悉自动控制实验的基本原理和方法；2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法；3. 学会运用实验仪器进行实验操作和数据分析；4. 提高团队合作意识和解决问题的能力。
三、实验内容1. 典型环节及其阶跃响应实验本实验通过模拟电路，研究了典型环节（比例环节、积分环节、微分环节）的阶跃响应。
通过改变电路参数，分析了参数对系统性能的影响。
2. 二阶系统阶跃响应实验本实验研究了二阶系统的阶跃响应，通过改变系统的阻尼比和自然频率，分析了系统性能的变化。
3. 连续系统串联校正实验本实验研究了连续系统串联校正方法，通过调整校正装置的参数，使系统达到期望的性能指标。
4. 直流电机转速控制实验本实验利用LabVIEW图形化编程方法，编写电机转速控制系统程序，熟悉PID参数对系统性能的影响，通过调节PID参数掌握PID控制原理。
四、实验结果与分析1. 典型环节及其阶跃响应实验通过实验，我们观察到不同环节的阶跃响应曲线。
在比例环节中，随着比例系数的增加，系统的超调量减小，但调整时间增加。
在积分环节中，随着积分时间常数增大，系统的稳态误差减小，但调整时间增加。
在微分环节中，随着微分时间常数增大，系统的超调量减小，但调整时间增加。
2. 二阶系统阶跃响应实验通过实验，我们分析了二阶系统的性能。
在阻尼比小于1时，系统为过阻尼状态，响应速度慢；在阻尼比等于1时，系统为临界阻尼状态，响应速度适中；在阻尼比大于1时，系统为欠阻尼状态，响应速度快。
3. 连续系统串联校正实验通过实验，我们掌握了串联校正方法。
通过调整校正装置的参数，可以使系统达到期望的性能指标。
4. 直流电机转速控制实验通过实验，我们学会了利用LabVIEW图形化编程方法，编写电机转速控制系统程序。
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告姓 名班 级学 号指导教师1自动控制原理实验报告（一）一．实验目的1.了解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。
3.了解掌握典型二阶系统模拟电路的构成方法及Ⅰ型二阶闭环系统的传递函数标准式。
4.研究Ⅰ型二阶闭环系统的结构参数--无阻尼振荡频率ωn 、阻尼比ξ对过渡过程的影响。
5.掌握欠阻尼Ⅰ型二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态性能指标σ%、t p 、t s 的计算。
6.观察和分析Ⅰ型二阶闭环系统在欠阻尼、临界阻尼、过阻尼的瞬态响应曲线，及在阶跃信号输入时的动态性能指标σ%、t p 值，并与理论计算值作比对。
二．实验过程与结果1.观察比例环节的阶跃响应曲线1.1模拟电路图1.2传递函数(s)G(s)()o i U K U s == 10R K R =1.3单位阶跃响应U(t)K 1.4实验结果1.5实验截图2342.观察惯性环节的阶跃响应曲线2.1模拟电路图2.2传递函数(s)G(s)()1o i U KU s TS ==+10R K R =1T R C =2.3单位阶跃响应0(t)K(1e)tTU-=-2.4实验结果2.5 实验截图5673.观察积分环节的阶跃响应曲线3.1模拟电路图3.2传递函数(s)1G(s)()TS o i U U s ==i 0T =R C3.3单位阶跃响应01(t)i U t T =3.4 实验结果3.5 实验截图89104.观察比例积分环节的阶跃响应曲线4.1模拟电路图4.2传递函数0(s)1(s)(1)(s)i i U G K U T S ==+10K R R =1i T R C=4.3单位阶跃响应1 (t)(1)U K tT=+ 4.4实验结果4.5实验截图1112135.观察比例微分环节的阶跃响应曲线5.1模拟电路图5.2传递函数0(s)1(s)()(s)1i U TSG K U S τ+==+12312(R )D R R T CR R =++3R C τ=120R R K R +=141233(R //R )R D K R +=0.06D D T K sτ=⨯=5.3单位阶跃响应0(t)()U KT t Kδ=+5.4实验结果截图6.观察比例积分微分（PID ）环节的响应曲线6.1模拟电路图156.2传递函数0(s)(s)(s)p p p d i i K U G K K T S U T S ==++123212(R )C d R R T R R =++i 121(R R )C T =+120p R R K R +=1233(R //R )R D K R +=32R C τ= D D T K τ=⨯6.3单位阶跃响应0(t)()p p D p K U K T t K tTδ=++6.4实验观察结果截图16三．实验心得这个实验，收获最多的一点：就是合作。
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。
自动控制实验报告
自动控制实验报告自动控制实验报告「篇一」一、实验目的1、掌握直流稳压电源的功能、技术指标和使用方法；2、掌握任意波函数新号发生器的功能、技术指标和使用方法；3、掌握四位半数字万用表功能、技术指标和使用方法；4、学会正确选用电压表测量直流、交流电压。
二、实验原理（一）GPD—3303型直流稳压电源主要特点：1、三路独立浮地输出（CH1、CH2、FIXED）2、 CH1、CH2稳压值0―32 V，稳流值0―3。
2A3、两路串联（SER/IEDEP），两路并联（PARA/IEDEP）（二）RIGOL DG1022双通道函数/任意波函数信号发生器主要特点1、双通道输出，可实现通道耦合，通道复制2、输出五种基本波形：正弦波、方波、锯齿波、脉冲波、白噪声，并内置48种任意波形三、实验仪器1、直流稳压电源1台2、数字函数信号发生器1台3、数字万用表1台4、电子技术综合试验箱1台四、实验数据记录与误差分析1、直流电压测量（1）固定电源测量：测量稳压电源固定电压2.5V、3.3V、5V；误差分析：E1=|2.507—2.5|÷2。
5×100%=0.28%E2=|3.318—3。
3|÷3.3×100%=0.55%E3=|5.039—5|÷5×100%=0.78%（2）固定电源测量：测量实验箱的固定电压±5V、±12V、—8V；误差分析：E1=|5.029—5|÷5×100%=0.58%E2=|5.042—5|÷5×100%=0.84%E3=|11.933—12|÷12×100%=0.93%E3=|11.857—12|÷12×100%=0.56%E3=|8.202—8|÷8×100%=2.5%（3）可变电源测量；误差分析：E1=|6.016—6|÷6×100%=0.27%E2=|12.117—12|÷12×100%=0.98% E3=|18.093—18|÷18×100%=0.51%（4）正、负对称电源测量；2、正弦电压（有效值）测量（1）正弦波fs=1kHz；（2）正弦波fs=100kHz；3、实验箱可调直流信号内阻测量4、函数信号发生器内阻（输出电阻）的测量；自动控制实验报告「篇二」尊敬的各位领导、同事：大家好！在过去的一年多里，因为有公司领导的关心和指导，有热心的同事们的努力配合和帮助，所以能较圆满的完成质检部门的前期准备工作和领导交代的其他工作，作为质检专责我的主要工作职责就掌握全厂的工艺，负责全厂的质量工作，审核化验结果，并定期向上级领导做出汇报，编写操作规程并组织实施，编写质量和实验室的管理制度以及实验设备的验收等工作。
自动控制系统实验报告
一、实验目的1. 理解自动控制系统的基本概念和组成；2. 掌握自动控制系统的基本分析方法；3. 熟悉自动控制系统的实验操作步骤；4. 分析实验数据，提高对自动控制系统的理解和应用能力。
二、实验原理自动控制系统是一种根据给定输入信号，通过反馈和调节作用，使系统输出信号能够自动跟踪输入信号的系统。
自动控制系统主要由被控对象、控制器和反馈环节组成。
三、实验设备1. 自动控制系统实验箱；2. 数据采集卡；3. 计算机；4. 电源；5. 实验接线板。
四、实验内容1. 自动控制系统组成原理实验；2. 自动控制系统基本分析方法实验；3. 自动控制系统实验操作步骤实验。
五、实验步骤1. 自动控制系统组成原理实验（1）观察实验箱内各模块的连接情况，了解被控对象、控制器和反馈环节的连接方式；（2）按照实验指导书的要求，将实验箱内的模块正确连接；（3）启动实验箱，观察系统运行情况，分析系统组成原理。
2. 自动控制系统基本分析方法实验（1）根据实验指导书的要求，设置实验参数；（2）启动实验箱，进行实验操作；（3）采集实验数据，记录实验结果；（4）分析实验数据，掌握自动控制系统基本分析方法。
3. 自动控制系统实验操作步骤实验（1）按照实验指导书的要求，设置实验参数；（2）启动实验箱，进行实验操作；（3）观察系统运行情况，分析实验操作步骤；（4）记录实验数据，分析实验结果。
六、实验结果与分析1. 自动控制系统组成原理实验实验结果表明，自动控制系统由被控对象、控制器和反馈环节组成，通过反馈和调节作用实现系统输出信号的自动跟踪。
2. 自动控制系统基本分析方法实验实验结果表明，通过实验数据可以分析自动控制系统的稳定性、速度响应、稳态误差等性能指标，从而掌握自动控制系统基本分析方法。
3. 自动控制系统实验操作步骤实验实验结果表明，按照实验指导书的要求进行实验操作，可以顺利完成实验任务，达到实验目的。
七、实验结论1. 通过本次实验，掌握了自动控制系统的基本概念和组成；2. 掌握了自动控制系统基本分析方法；3. 熟悉了自动控制系统的实验操作步骤；4. 提高了分析实验数据、解决实际问题的能力。
自动控制原理实验教案省公开课一等奖全国示范课微课金奖PPT课件
试验二 系统频域分析
三、试验要求
1、独立编写程序或搭建仿真模型，实现各内容 要求。 2、统计各试验内容结果图形。 3、分析结果图形。 4、恪守试验课纪律。
16/37
试验二 系统频域分析
四、试验说明
1、利用M文件绘制根轨迹、 Nyquist 和 Bode 图。 例：已知一单位负反馈系统开环传递函数为：
2>经过结果分析百分比 反馈对含有滞环步骤非 线性系统影响。
1 s(0.5s 1)
图4.3
Du / dt
scope
Du / dt
1 1
s 0.1
1 0.5s 1
图4.4
注意：图4.4蓝色线所框部分为百分 比反馈步骤。
28/37
试验四 非线性系统仿真分析
三、试验说明 1、三种非线性步骤模块在Simulink-
一、试验目标 1、掌握利用根极点分析系统性能方法。 2、熟悉开环零极点对根轨迹和系统性能影响。 3、掌握绘制Nyquist 和 Bode图方法 。 4、掌握系统频域分析方法。
12/37
试验二 系统频域分析
二、试验内容
1、已知一个系统其传递函数为
G(s)
(s
K *(s 2) 3)(s2 2s
2)
（1）稳定时间小于1秒（超调小于2%）。
（2）对于单位斜坡输入，稳态误差小于0.1。
R(s) +
－
Gc（s）
Y(s)
23 s 23
图3.2 23/37
试验三 线性系统综合校正
三、试验汇报
1、试验名称 2、试验目标 3、试验内容 4、试验结果
1>M文件源程序(或模型图) 2>设计过程和相关参数。 3>生成各结果图形。 5、试验结果分析
自动控制原理实验一控制系统的阶跃响应
自动控制原理实验一控制系统的阶跃响应实验目的：通过实验，掌握控制系统的阶跃响应的测量方法，了解控制系统的响应特性，并研究控制系统的参数对阶跃响应的影响。
实验原理：阶跃响应是指当控制系统输入信号突然从零变为常数时，系统的输出信号的响应过程。
通过观察阶跃响应可以了解控制系统的稳态误差、超调量、调节时间等参数，从而评估和改善控制系统的性能。
在实验中，常用的控制系统模型是一阶惯性环节，其传递函数为：G(s)=K/(Ts+1)其中，K为系统的增益，T为系统的时间常数。
通过改变K和T的值，可以观察到控制系统阶跃响应的变化。
实验仪器和材料：1.控制系统阶跃响应实验台2.配套的实验软件3.电脑实验步骤：1.打开实验软件，并连接实验台和电脑。
2.在软件中选择阶跃响应实验，并设置初始参数。
3.点击开始实验按钮，系统开始运行，记录实验数据。
4.观察实验数据的变化，并绘制出阶跃响应曲线。
5.改变控制系统的参数，如增益K和时间常数T的值，重新进行实验测量。
6.比较不同参数下的阶跃响应曲线，分析参数对响应的影响。
7.根据实验结果，评估系统的性能，并提出改进措施。
实验注意事项：1.实验过程中要保持实验台和电脑的连接良好，确保数据的准确性。
2.实验中应注意安全防护，避免操作中发生意外。
3.实验前要熟悉实验仪器的操作方法和实验原理，确保能够正确进行实验。
4.实验结束后，要及时清理实验台和关闭相关设备。
实验结果：通过实验测量得到的阶跃响应曲线，可以用于评估控制系统的性能。
通常，我们关注的参数包括稳态误差、超调量、调节时间等。
稳态误差是指系统在稳定状态下的输出值与期望值之间的差值。
通过观察阶跃响应曲线的稳态值，可以评估系统的稳态误差。
稳态误差越小，系统的控制性能越好。
超调量是指系统响应过程中最大超过期望值的幅值，通常以百分比形式表示。
通过观察阶跃响应曲线的峰值，可以评估系统的超调量。
超调量越小，系统的控制性能越好。
调节时间是指控制系统从初始状态到稳态所需的时间。
自动控制原理实验
二、实验方法
器仪表或软件对系统输入端加入不同的 激励信号（由信号发生器、计算机本 身产生，如时域特性——阶跃信号，频 率特性——正弦波信号），在系统的某 一环节或输出端利用相应的测试仪器 （如示波器、记录仪、打印机等），观 测和记录系统输出响应曲线，用以分析
8Байду номын сангаас
二、实验方法
系统的动态特性和稳态特性，验证和体 会理论教学的内容。 为了分析和研究系统的内部运动过程， 先建立系统的模型，然后在模型上进行 试验分析，这一过程称为仿真。 在自动控制原理实验中，仿真就是用物 理模型或数学模型代替实际控制系统进 行分析研究的过程。
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自动控制原理实验室
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模拟仿真实验所用实验仪器:控制理论实验平台； 慢扫描示波器；数字万用表。
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4
二、实验方法
数学模型一般用微分方程来表示，由于微分方 程求解比较复杂，因此常用拉氏变换将微分方 程变为传递函数，然后进行分析和求解。 传递函数不仅可以表征系统性能，而且可以用 来研究系统的结构参数对系统性能的影响 。 从一定意义上来说，做实验就是用实验方法来 求解系统的传递函数,对系统进行分析和综合。
自动控制原理实验 （一）
1
一、实验目的
自动控制原理是研究自动控制系统共同
规律的一门学科，是分析、设计和研究自 动控制系统的理论基础。因此，自动控制 原理是一门理论性强，其中许多内容实践 性又较强，具有一定的实际工程背景的课 程，也比较难“教”与难“学”。
2
一、实验目的
自动控制原理实验是自动控制原理课程 教学的一个组成部分。
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例如:
G(s) K Ts 1
不可以模拟；
G(s) 10 s 1
自动控制原理实验
自动控制原理实验自动控制原理实验是自动控制原理课程的重要组成部分，通过实验可以加深对自动控制原理的理解，提高实际操作能力。
本文将介绍自动控制原理实验的基本内容和实验步骤。
一、PID控制器实验。
PID控制器是自动控制中常用的一种控制器，它包括比例环节、积分环节和微分环节。
在PID控制器实验中，首先需要搭建一个控制系统模型，然后根据实验要求调节PID参数，观察系统的响应特性。
通过实验可以了解PID参数对系统稳定性和动态性能的影响，为工程实际应用提供参考。
二、系统辨识实验。
系统辨识是自动控制领域的重要内容，通过实验可以获取系统的数学模型，为控制器设计提供依据。
在系统辨识实验中，需要输入一定的信号，观察系统的输出响应，并利用系统辨识方法建立系统的数学模型。
实验过程中需要注意信号的选择和采样频率，以保证实验数据的准确性和可靠性。
三、闭环控制实验。
闭环控制是自动控制中常用的一种控制策略，通过实验可以验证闭环控制系统的性能。
在闭环控制实验中，需要搭建一个闭环控制系统，然后根据实验要求设计控制器参数，并观察系统的稳定性和跟踪性能。
实验过程中需要注意控制器参数的选择和调节，以保证系统的稳定性和性能。
四、数字控制实验。
数字控制是现代控制领域的重要内容，通过实验可以了解数字控制系统的特点和设计方法。
在数字控制实验中，需要搭建一个数字控制系统，然后根据实验要求设计数字控制器，并观察系统的响应特性。
实验过程中需要注意采样周期和数字控制器参数的选择，以保证系统的性能和稳定性。
通过以上实验，可以加深对自动控制原理的理解，提高实际操作能力，为将来的工程实际应用打下基础。
希望同学们能够认真对待自动控制原理实验，不断提高自己的实验能力和动手能力，为将来的工程实践做好准备。
自动控制实验报告
一、实验目的1. 熟悉并掌握自动控制实验系统的基本操作方法。
2. 了解典型线性环节的时域响应特性。
3. 掌握自动控制系统的校正方法，提高系统性能。
二、实验设备1. 自动控制实验系统：包括计算机、XMN-2自动控制原理模拟实验箱、CAE-PCI软件、万用表等。
2. 电源：直流稳压电源、交流电源等。
三、实验原理自动控制实验系统主要由模拟实验箱和计算机组成。
通过模拟实验箱，可以搭建不同的自动控制系统，并通过计算机进行实时数据采集、分析、处理和仿真。
四、实验内容及步骤1. 搭建比例环节实验（1）根据实验要求，搭建比例环节实验电路。
（2）设置输入信号，观察并记录输出信号。
（3）分析比例环节的时域响应特性。
2. 搭建积分环节实验（1）根据实验要求，搭建积分环节实验电路。
（2）设置输入信号，观察并记录输出信号。
（3）分析积分环节的时域响应特性。
3. 搭建比例积分环节实验（1）根据实验要求，搭建比例积分环节实验电路。
（2）设置输入信号，观察并记录输出信号。
（3）分析比例积分环节的时域响应特性。
4. 搭建系统校正实验（1）根据实验要求，搭建系统校正实验电路。
（2）设置输入信号，观察并记录输出信号。
（3）分析系统校正前后的时域响应特性。
五、实验结果与分析1. 比例环节实验结果实验结果显示，比例环节的输出信号与输入信号成正比关系，且响应速度较快。
2. 积分环节实验结果实验结果显示，积分环节的输出信号与输入信号成积分关系，且响应速度较慢。
3. 比例积分环节实验结果实验结果显示，比例积分环节的输出信号既具有比例环节的快速响应特性，又具有积分环节的缓慢响应特性。
4. 系统校正实验结果实验结果显示，通过校正后的系统，其响应速度和稳态误差均有所提高。
六、实验结论1. 通过本次实验，掌握了自动控制实验系统的基本操作方法。
2. 熟悉了典型线性环节的时域响应特性。
3. 学会了自动控制系统的校正方法，提高了系统性能。
七、实验感想本次实验让我深刻认识到自动控制理论在实际工程中的应用价值。
自动控制原理实验大纲
自动控制原理实验大纲通常包括以下内容：
1. 实验目的和意义：介绍自动控制原理实验的目的，以及通过实验能够学习到的知识和技能。
2. 实验基础知识：介绍自动控制原理的基础知识，如控制系统的基本组成、控制原理、性能指标等。
3. 实验设备和工具：列举并介绍实验所需的设备和工具，如计算机、实验箱、传感器、执行器等。
4. 实验内容和步骤：详细描述每个实验的具体内容和步骤，包括实验目的、实验原理、实验方法、实验数据采集和处理等。
5. 实验注意事项：提醒学生在实验过程中需要注意的事项，如安全操作、正确使用设备、数据处理等。
6. 实验报告要求：说明实验报告的结构和内容要求，包括实验目的、实验原理、实验方法、实验结果和分析等。
7. 实验考核评价：介绍实验考核评价标准和方式，如实验操作技能、实验结果准确性、实验报告质量等。
8. 实验课程安排：给出自动控制原理实验的课程安排，包括实验时间、实验地点、实验教师等。
9. 实验教材和参考资料：推荐与自动控制原理实验相关的教材和参考资料，如《自动控制原理实验教程》、《自动控制原理实验报告》等。
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。
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
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实验一 控制系统数学模型在Matlab 中的表示实验名称：控制系统数学模型在Matlab 中的表示 实验日期：2013.5.28 一、实验目的1、 熟悉Matlab 的基本操作；2、 掌握线性系统模型在Matlab 中的描述方法；3、 掌握在Matlab 中线性系统模型之间的转变方法；4、 初步熟悉Simulink 仿真的基本方法； 二、实验内容1、已知闭环系统的传递函数为：23221()6116s s G s s s s ++=+++要求：利用Matlab 软件中的函数， （1）把G(s)写成零、极点形式； num=[1,2,1];den=[1,6,11,6]; [z,p,k]=tf2zp(num,den); G=zpk(z,p,k) Zero/pole/gain: (s+1)^2 ----------------- (s+3) (s+2) (s+1)（2）把G(s)写成部分分式的形式； num=[1,2,1];den=[1,6,11,6]; [r,p,k]=residue(num,den) r = 2.0000 -1.0000 0 p =-3.0000 -2.0000 -1.0000 k =[]（3）当采样周期为1s 时，求出离散后的模型。
num=[1,2,1];den=[1,6,11,6];G=tf(num,den);Gd=c2d(G,1)Transfer function:0.2011 z^2 - 0.1382 z + 0.02362--------------------------------------z^3 - 0.553 z^2 + 0.07484 z - 0.002479Sampling time: 12、已知系统结构图如图所示，①用Matlab软件编程求出闭环系统的传递函数C(s)/R(s)；②用Simulink建立仿真图。
n1=[1];d1=[1,1];n2=[1];d2=[1,2];n3=[1,2];d3=[1,4,5];n4=[1];d4=[1,3];[n5,d5]=parallel(n2,d2,n3,d3);[n6,d6]=series(n1,d1,n5,d5);[n,d]=feedback(n6,d6,n4,d4,-1);G=tf(n,d)Transfer function:2 s^3 + 14 s^2 + 33 s + 27------------------------------------------s^5 + 10 s^4 + 40 s^3 + 82 s^2 + 87 s + 39仿真图形：三、结果分析：利用MATLAB软件更进一步的掌握了线性系统模型之间的转换方法，对于分析系统的传递函数及零极点分布更加清晰明了。
实验二 线性系统的时域分析实验名称：线性系统的时域分析实验日期：2013.5.30 一、实验目的1.熟悉Matlab 的基本操作；2.掌握利用Matlab 对系统进行时域分析和设计的方法；3.熟悉利用Simulink 仿真对系统进行时域分析的方法；4.能够根据所得结果对系统进行性能分析。
二、 实验内容1、已知二阶系统的闭环传递函数为：216()816s s s ζΦ=++。
要求：利用Matlab 中的函数，求ζ分别为0，0.7，1，2时系统的单位阶跃响应，并利用所求结果分析阻尼比ζ对系统性能的影响。
（1）ζ分别为0，0.7，1，2时系统的单位阶跃响应num=[16]; den1=[1 0 16]; den2=[1 5.6 16]; den3=[1 8 16]; den4=[1 16 16];subplot(4,1,1);step(num,den1); subplot(4,1,2);step(num,den2); subplot(4,1,3);step(num,den3); subplot(4,1,4);step(num,den4);50100150200-10123Step ResponseTim e (sec)A m p l i t u d e00.51 1.52 2.50.511.5Step ResponseTim e (sec)A m p l i t u d e00.51Step ResponseTim e (sec)A m p l i t u de0.51Step ResponseTim e (sec)A m p l i t u d e（2）利用所求结果分析阻尼比ζ对系统性能的影响。
t=0:0.01:10; n=[16];d1=[1 8*0 16]; d2=[1 8*0.7 16]; d3=[1 8*1 16]; d4=[1 8*2 16]; y1=step(n,d1,t); y2=step(n,d2,t); y3=step(n,d3,t); y4=step(n,d4,t);plot(t,y1);gtext('x=0'); hold onplot(t,y2);gtext('x=0.7'); plot(t,y3);gtext('x=1'); plot(t,y4);gtext('x=2'); hold offtitle('阻尼比x 对系统性能的影响'); grid on01234567891000.20.40.60.811.21.41.61.82阻尼比x 对系统性能的影响2、系统结构图如图所示，用Matlab 中的函数，（1）求该系统的单位阶跃响应（图形显示);n1=[1];d1=[1,1];n2=[1];d2=[1,2]; n3=[1,2];d3=[1,4,5]; n4=[1];d4=[1,3];[n5,d5]=parallel(n2,d2,n3,d3); [n6,d6]=series(n1,d1,n5,d5); [n,d]=feedback(n6,d6,n4,d4,-1); G=tf(n,d); step(num,den);0.10.20.30.40.50.60.70.80.91Step R esponseTim e (sec)A m p l i t u d e（2）求单位阶跃输入时的稳态误差；t=0:10;num=[2 14 33 27];den=[1 10 40 82 87 39]; y1=step(num,den); er1=y1(length(t))-1 roots(den)er1 =-0.7493ans =-3.4656 -1.7672 + 0.7926i -1.7672 - 0.7926i -1.5000 + 0.8660i -1.5000 - 0.8660i（3）分析该系统的稳定性。
仿真结果：3、设单位负反馈系统的开环传递函数为：)6.0(14.0)(++=s s s s G ，（1）对该系统进行仿真，分析其动态性能；（2）忽略系统闭环零点，对系统动态性能进行仿真，分析仿真结果。
4、试作出以下系统的单位阶跃响应曲线，并与原系统的响应曲线进行比较，并对实验结果进行分析。
num1=[10]; num2=[2 10];num3=[1 0.5 10]; num4=[1 0.5 0]; num5=[1 0]; den=[1 2 10];subplot(3,2,1);step(num1,den); subplot(3,2,2);step(num2,den); subplot(3,2,3);step(num3,den); subplot(3,2,4);step(num4,den); subplot(3,2,5);step(num5,den);MATLAB 显示：５、单位反馈系统的)3(25)(+=s s s Gt1=0:1:5; t2=0:1:100;[num1,den1]=cloop([25],[1,3,0]);[num2,den2]=cloop([25],[1,3,0]);24612Step ResponseTim e (sec)A m p l i t u d e024612Step ResponseTim e (sec)A m p l i t u d e2460.511.5Step ResponseTim e (sec)A m p l i t u d e0246-11Step ResponseTim e (sec)A m p l i t u d e-0.500.5Step ResponseTim e (sec)A m p l i t u d ey1=step(num1,den1,t1); y2=step(num2,den2,t2); subplot(1,2,1);plot(t1,y1);subplot(1,2,2);plot(t2,y2,t2,t2); er1=y1(length(t1))-1er2=y2(length(t2))-(length(t2))er1 =1.0527e-005er2 = -1000102030405060708090100t=0:0.1:10; n1=[25]; d1=[1,3,0];[num,den]=cloop(n1,d1); y1=step(num,den,t); y2=step(num,[den 0],t); er1=y1(length(t))-1er2=y2(length(t))-t(length(t))er1 =3.0919e-007er2 = -0.1200三、结果分析：在MATLAB 中，可以利用工具箱的阶跃函数进行阶跃相应的时域分析，利用此软件对于系统稳定性分析采用直接求根的方法成异常方便。
实验三 线性系统的根轨迹分析实验名称：线性系统的根轨迹分析 实验日期：2013.6.4一、实验目的1.熟悉Matlab 的基本操作；2.掌握利用Matlab 函数实现系统根轨迹的绘制及设计的方法。
3.能够根据所得结果对系统进行性能分析。
二、实验内容1、已知单位负反馈系统的开环传递函数为：2()(0.051)(0.050.21)KG s s s s s =+++（1）试画出K =0 →∞时的闭环系统根轨迹； （2）求出临界时的K 值及闭环极点； （1）num=1;den=[conv([0.05,1],[0.05,0.2,1]),0];rlocus(num,den)title('Root Locus')（2）[K,Pole]=rlocfind(num,den) Select a point in the graphics window selected_point =0.0007 + 4.0906iK = 3.4849 Pole =Root LocusI m a g i n a r y A x i sRoot LocusReal AxisI m a g i n a r y A x i s-19.7881 -4.2205 0.0043 + 4.0854i 0.0043 - 4.0854i（3）K 值区间：0<K<3.4849（4）剩余的跟由（2）可知，根为：-19.7881 ，-4.2205 ，0.0043 + 4.0854i ，0.0043 - 4.0854i 2、已知单位负反馈系统的开环传递函数为：()(1)(2)KG s s s s =++（1）试画出K =0 →∞时的闭环系统根轨迹；（2）找出ζ=0.707附近的点，绘制出其相应的单位阶跃响应曲线。