自动控制原理控制系统的频率特性实验报告
自动控制原理实验一
四、实验波形图
未加校正时
校正后
四、实验思考题
1．阶跃输入信号为什么不能取得太大？
答：单位阶跃信号的幅度是1，这个1可以理解为归一化后的值。阶跃信号是用来检验系统响应的，它的值不一定是1，太大的话可能造成系统输出出现饱和或者出现反复振荡造成不稳定。
2．为什么图3—3所示的校正装置是超前校正装置？
理想：μo(t)=
KTδ(t)+K
实测：μo(t)=
+
e-t/R3C
Ro=
100K R2=
100K
C=1uF
R3=
10K
R1=
100K
R1=
200K
典型
环节
传递函数参数与模拟电路参数
关 系
单位阶跃响应
理想阶跃响应曲线
实测阶跃响应曲线
PID
KP=
TI=Ro C1
TD=
理想：μo(t)= TDδ(t)+Kp+
③将①中产生的周期性方波信号加到PID环节的输入端（Ui），用示波器观测PID输出端(Uo)，改变电路参数，重新观察并记录。
表三：
典型
环节
传递函数参数与模拟电路参数
关 系
单位阶跃响应
理想阶跃响应曲线
实测阶跃响应曲线
比例
自动控制频率特性测试实验报告
自动控制频率特性测试实验报告
1. 引言
在现代自动控制系统中，频率特性是一个重要的参数，对于系统的稳定性和性能起着决定性的作用。频率特性测试实验旨在评估自动控制系统的频率响应，并分析系统在不同频率下的性能。
本实验报告将介绍自动控制频率特性测试实验的目的、实验器材、实验步骤和实验结果分析。
2. 实验目的
本实验的主要目的是通过频率响应测试，评估自动控制系统的频率特性以及系统在不同频率下的性能。具体目标包括：
1.测试系统的幅频特性，即系统的增益与频率之间的关系；
2.测试系统的相频特性，即系统的相移与频率之间的关系；
3.分析系统的频率特性对系统的稳定性和性能的影响。
3. 实验器材
本实验所需的器材包括：
•信号发生器：用于产生不同频率的输入信号；
•可变增益放大器：用于控制输入信号的幅度；
•相位巡迥器：用于调节输入信号的相位；
•示波器：用于观测输入信号和输出信号；
•自动控制系统：接受输入信号并提供相应的控制输出。
4. 实验步骤
4.1 准备工作
1.确保实验器材连接正确，信号发生器连接到自动控制系统的输入端，
示波器连接到自动控制系统的输出端。
2.将可变增益放大器和相位巡迥器分别接入信号发生器的输出端，用于
调节输入信号的幅度和相位。
4.2 测试幅频特性
1.设置信号发生器的频率为起始频率，将幅度设置为合适的值。
2.将相位巡迥器的相位设置为零，确保输入信号的相位与输出信号相位
一致。
3.记录输入信号和输出信号的幅度，并计算增益。
4.逐渐增加信号发生器的频率，重复步骤3，直到达到结束频率。
4.3 测试相频特性
1.设置信号发生器的频率为起始频率，将幅度和相位设置为合适的值。
《自动控制原理》自动控制PID实验报告
《自动控制原理》自动控制PID实验报告
课程名称自动控制原理实验类型：
实验项目名称：自动控制PID
一、实验目的和要求
1、学习并掌握利用MATLAB 编程平台进行控制系统复数域和频率域仿真的方法。
2、通过仿真实验研究并总结PID 控制规律及参数对系统特性影响的规律。
3、实验研究并总结PID 控制规律及参数对系统根轨迹、频率特性影响的规律，
并总结系统特定性能指标下根据根轨迹图、频率响应图选择PID 控制规律和参数的规则。
二、实验内容和原理
一）任务
设计如图所示系统，进行实验及仿真程序，研究在控制器分别采用比例（
P）、比例积分（PI）、比例微分（PD）及比例积分微分（PID）控制规律和控制器参数（Kp、Ki、Kd）不同取值时，控制系统根轨迹和阶跃响应的变化，总结pid 控制规律及参数变化对系统性能、系统根轨迹、系统阶跃响应影响的规律。具体实验容如下：
1、比例（P）控制，设计参数Kp 使得系统处于过阻尼、临界阻尼、欠阻尼三种状态，并在根轨迹图上选择三种阻尼情况的Kp 值，同时绘制对应的阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 的变化情况。总结比例（P）控制的规律。
2、比例积分（PI）控制，设计参数Kp、Ki 使得由控制器引入的开环零点分别处于：1）被控对象两个极点的左侧；2）被控对象两个极点之间；3）被控对象两个极点的右侧（不进入右半平面）。分别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定主导极点及控制器的相应参数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 和Ki 的变化情况。总结比例积分（PI）控制的规律。
自动控制原理实验一范文
自动控制原理实验报告
实验指导老师：
学院：电气与信息工程学院
班级：
姓名：学号：
2013年12月
实验一 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。
二、实验内容
1．对表一所示各典型环节的传递函数设计相应的模拟电路(参见表二)
表一：典型环节的方块图及传递函数 典型环节名称 方 块 图
传递函数
比例 （P ）
K )
s (U )
s (Uo i = 积分 （I ）
TS
1
)s (U )s (Uo i =
比例积分 （PI ）
TS
1
K )s (U )s (Uo i += 比例微分 （PD ）
)TS 1(K )
s (U )
s (Uo i += 惯性环节 （T ）
1
TS K
)s (U )s (Uo i +=
比例积分 微分（PID ）
S T S
T 1
Kp )s (U )s (Uo d i i ++=
表二：典型环节的模拟电路图
各典型环节
模拟电路图名称
比例
（P）
积分
（I）
比例积分
（PI）
比例微分
（PD）
惯性环节
（T）
各典型环节
模拟电路图
名称
比例积分
微分（PID）
2．测试各典型环节在单位阶跃信号作用下的输出响应。
3．改变各典型环节的相关参数，观测对输出响应的影响。
三、实验内容及步骤
1．观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线。
①准备：使运放处于工作状态。
将信号发生器单元U1的ST端与+5V端用“短路块”短接，使模拟电路中的场效应管（K30A）夹断，这时运放处于工作状态。
②阶跃信号的产生：
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。
自动控制原理与系统控制系统的频率特性
二、频率特性与传递函数的关系
由拉氏变换可知，传递函数的复变量s =σ+jω。 当σ=0时，s = jω。所以G（jω）就是σ=0时 的G（s），即复域与频域的关系为：
传递函数 G(s)
s j 频率特性 s j G( jω)
5
三、频率特性的表示方法
1、数学式表示法
G(j) G(j) G(j)
图4-3
4.2 典型环节的Bode图
一 、 比例环节
传递函数 ：
G(s) C(s) K R(s)
频率特性 ：
G( j) C( j) K R( j)
对数频率特性 ：
L 20 lg K dB
0
Bode图 ：
图4-4
▪对数幅频特性L(ω)为水平直线，其高度为20lgK。
▪对数相频特性φ(ω)为与横轴重合的水平直线。
修正量：最大误差发生在交接频率ω=1/ T处，该处的实际值为
L() 1 20lg (T)2 1 20lg 2 3.03dB T
L( )
1/T
-+20dB/dec
-90o
图4-7
14
▪对数相频特性 arctanT
• 低频：当ω→0时， φ(ω)→0。 • 高频：当ω→∞时，φ(ω) →-90o。 • 转折频率处的相位：当ω=1/ T时，φ(ω)=-arctan1=-45o。
自动控制原理实验报告
实验一典型环节的模拟研究及阶跃响应分析
1、比例环节
可知比例环节的传递函数为一个常数：
当Kp 分别为，1，2时，输入幅值为的正向阶跃信号，理论上依次输出幅值为，，的反向阶跃信号。实验中，输出信号依次为幅值为，，的反向阶跃信号，
相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%.
在误差允许范围内可认为实际输出满足理论值。 2、 积分环节
积分环节传递函数为：
〔1〕T=0.1(0.033)时，C=1μf(0.33μf)，利用MATLAB ，模拟阶跃信号输入下的输出信号如图：
与实验测得波形比较可知，实际与理论值较为吻合，理论上时的波形斜率近似为时的三倍，实际上为，在误差允许范围内可认为满足理论条件。 3、 惯性环节
惯性环节传递函数为：
K = R f /R 1,T = R f C,
（1） 保持K = R f /R 1= 1不变，观测秒，秒
〔既R 1 = 100K,C = 1μf ，μf 〕时的输出波形。利用matlab 仿真得到理论波形如下：
时
t s 〔5%〕理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：〔400-300〕/300=33.3%,读数误差较大。 K 理论值为1，实验值，
相对误差为〔〕/2.28=7%与理论值较为接近。
时
t s 〔5%〕理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为：〔40-30〕/30=33.3% 由于ts 较小，所以读数时误差较大。 K 理论值为1，实验值，
相对误差为〔〕/2.28=7%与理论值较为接近
（2） 保持T = R f s 不变，分别观测K = 1，2时的输出波形。
自动控制理论实验报告-频率特性分析
v
（2-1）
（1）根据式（2-1）所示传递函数，由根轨迹图设定参数，使该系统成为条 件稳定系统（参考数据：K=1，v=1，T1=0.1，T2=0.2，T3=0.5） ； （2）计算使系统稳定的 K 的取值范围； （3）分别使 K1 小于，K2 等于，K3 大于临界稳定值，观察奈氏图与伯德图 的变化，总结频率响应的稳定判别方法； （4）在奈氏图和伯德图上分别读出幅值裕度与相角裕度，指明它们的对应 关系。 3.非最小相位系统的奈奎斯特图。
2
（2-6）
1 和 n ，观察系 T 统的相对稳定性与伯德图幅频特性在穿越频率处斜率的关系。 即幅频特性曲线以
已知系统如上，设定参数 K， 0,1 ，要求改变交接频率 斜率-20dB、 -40dB、 -60dB 穿越 0dB 线时系统的动态性能指标 （参考数据： K=50， 1 ζ=0.7； -20dB 时 0.1 ， n 10 ； T 1 -40dB 时 10 ， n 0.1 ；-60dB T 1 时 n 0.1 ） 。 T （3）高频段 一般来说高频段反映了系统的 抗干扰性能。
G s
4 , H s 1 ss 4 C s 4 2 Rs s 4s 4
（2-4）
观察当 0,1 取不同值时系统的闭环频率响应与时域响应之间的关系。 5.开环频率特性与时域性能指标间的关系。 （1）低频段 当 0 时系统有低频段近似传递函数
自动控制原理实验教程及实验报告
实验三 典型环节（或系统）的频率特性测量
一、实验目的
1．学习和掌握测量典型环节（或系统）频率特性曲线的方法和技能。 2．学习根据实验所得频率特性曲线求取传递函数的方法。
二、实验内容
1．用实验方法完成一阶惯性环节的频率特性曲线测试。 2．用实验方法完成典型二阶系统开环频率特性曲线的测试。 3．根据测得的频率特性曲线求取各自的传递函数。
4．用软件仿真方法求取一阶惯性环节频率特性和典型二阶系统开环频率特性，并与实验所得结果比较。
三、实验步骤
1．利用实验设备完成一阶惯性环节的频率特性曲线测试。 在熟悉上位机界面操作的基础上，充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。为了利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能，接线方式将不同于上述无上位机情况。仍以一阶惯性环节为例，此时将Ui 连到实验箱 U3单元的O1（D/A 通道的输出端），将Uo 连到实验箱 U3单元的I1（A/D 通道的输入端），并连好U3单元至上位机的并口通信线。接线完成，经检查无误，再给实验箱上电后，启动上位机程序，进入主界面。界面上的操作步骤如下：
①按通道接线情况完成“通道设置”:在界面左下方“通道设置”框内，“信号发生通道”选择“通道O1＃”，“采样通道X ”选择“通道I1＃”，“采样通道Y ”选择“不采集”。
②进行“系统连接”（见界面左下角），如连接正常即可按动态状态框内的提示（在界面正下方）“进入实验模式”；如连接失败，检查并口连线和实验箱电源后再连接，如再失败则请求指导教师帮助。
③进入实验模式后，先对显示进行设置：选择“显示模式”（在主界面左上角）为“Bode”。 ④完成实验设置，先选择“实验类别”（在主界面右上角）为“频域”，然后点击“实验参数设置”，在弹出的“频率特性测试频率点设置”框内，确定实验要测试的频率点。注意设置必须满足ω<30Rad/sec 。
自动控制原理课程设计实验报告
目录
0 绪论 (1)
1系统分析和模型建立 (1)
1.1 背景知识 (1)
1.2 模型建立 (1)
1.3性能指标分析 (2)
1.3.1 典型的闭环频率特性 (2)
1.3.2 二阶系统闭环幅频特性与时域指标的关系 (2)
1.3.3 高阶闭环系统与二阶系统的关系 (3)
2系统校正 (3)
2.1 基于根轨迹法系统校正 (3)
2.2 基于频率法的系统校正 (8)
2.2.1 电流环校正分析 (8)
2.2.2 速度环校正分析 (9)
2.2.3 位置环校正分析 (11)
2.2.4 前馈控制 (15)
3系统仿真检验 (16)
3.1 基于根轨迹法校正的系统仿真检验 (16)
3.2 基于频率法校正的系统仿真检验 (18)
3.3 饱和环节对输出的影响 (24)
4电路实现 (27)
4.1 比例放大环节电路实现 (27)
4.2 串联超前校正装置的实现 (27)
4.3 前馈校正装置的实现 (29)
5总结 (31)
5.1 设计总结 (31)
5.2 心得体会 (31)
0绪论
直流电动机以其良好的控制特性得到了广泛的应用。本次设计正是以直流电机为模型，基于控制系统常用的性能指标，提出合理的设计方案。本次设计是对前边所学课程的综合应用，也是与工程实践相结合的一个良好范本。本次设计，旨在加深对自动控制原理和元件等知识的深入理解，也为后继课程的学习奠定基础。
1系统分析和模型建立
1.1背景知识
标准直流电机控制系统的基本方框图如图1-1所示。
图1- 1
1.2模型建立
根据题给条件，对参数进行求取。
其中转动惯量
又由力矩系数，知反电势系数。，，求得，。
频率特性测试实验报告
频率特性测试实验报告
频率特性测试实验报告
摘要：
本实验旨在通过频率特性测试，研究和分析不同电路元件和电子设备在不同频
率下的响应特性。通过实验数据的收集和处理，我们可以了解电路的频率响应、频率特性以及其在不同频率下的性能表现。实验结果显示，在不同频率下，电
路元件和电子设备的频率响应存在差异，这对于电路设计和信号处理具有重要
意义。
引言：
频率特性是指电路或电子设备在不同频率下的响应能力。了解电路在不同频率
下的性能表现，对于电路设计、信号处理和通信系统的优化具有重要意义。通
过频率特性测试，我们可以分析电路的频率响应、幅频特性和相频特性，从而
更好地了解电路的工作原理和性能。
实验方法：
1. 实验仪器和设备：
本实验使用了函数发生器、示波器、电阻、电容、电感等实验仪器和设备。
2. 实验步骤：
（1）连接电路：根据实验要求，连接电路并确保电路连接正确。
（2）设置函数发生器：根据实验要求，设置函数发生器的频率和幅度。
（3）测量电压和相位：使用示波器测量电路中的电压和相位差。
（4）记录实验数据：根据实验要求，记录不同频率下的电压和相位差数据。（5）数据处理：根据实验数据，绘制幅频特性曲线和相频特性曲线，分析电路
的频率响应特性。
实验结果与分析：
通过实验数据的收集和处理，我们得到了电路在不同频率下的电压和相位差数据，并绘制了幅频特性曲线和相频特性曲线。实验结果显示，在低频率下，电
路的幅频特性较为平缓，而在高频率下，幅频特性逐渐下降。相位差随频率的
变化呈现出一定的规律，这与电路元件的特性有关。通过对实验结果的分析，
实验四 控制系统频率特性的测试(实验报告)
实验四 控制系统频率特性的测试
一． 实验目的
认识线性定常系统的频率特性，掌握用频率特性法测试被控过程模型的原理和方法，根据开环系统的对数频率特性，确定系统组成环节的参数。
二．实验装置
（1）微型计算机。
（2）自动控制实验教学系统软件。
三．实验原理及方法
（1）基本概念
一个稳定的线性定常系统，在正弦信号的作用下，输出稳态与输入信号关系如下： 幅频特性
相频特性
（2）实验方法 设有两个正弦信号：
若以)(t x ω为横轴，以)(y t ω为纵轴，而以t ω作为参变量，则随t ω的变化，)(t x ω和)(y t ω所确定的点的轨迹，将在 x--y 平面上描绘出一条封闭的曲线（通常是一个椭圆）。这就是所谓“李沙育图形”。
由李沙育图形可求出Xm ，Ym ，φ，
四．实验步骤
（1）根据前面的实验步骤点击实验七、控制系统频率特性测试菜单。
（2）首先确定被测对象模型的传递函数, 预先设置好参数 T1、T2、ξ、K
（3）设置好各项参数后，开始仿真分析，首先做幅频测试，按所得的频率范围由低到高，及ω由小到大慢慢改变，特别是在转折频率处更应该多取几个点
五.数据处理
（一）第一种处理方法：
（1）得表格如下：
（2）作图如下：
（二）第二种方法： 由实验模型即，由
实验设置模型根据理论计算结果绘制bode 图，绘制Bode 图。
（三）误差分析
两图形的大体趋势一直，从而验证了理论的正确性。在拐点处有一定的差距，在某些点处也存在较大的误差。
分析：
（1）在读取数据上存在较大的误差，而使得理论结果和实验结果之间存在。
（2）在数值应选取上太合适，而使得所画出的bode图形之间存在较大的差距。
自动控制原理实验报告(一阶惯性环节的频率特性曲线)
自动控制原理实验报告（四）一阶惯性环节的频率特性曲线
一．实验目的
1．了解和掌握一阶惯性环节的对数幅频特性)(ωL 和相频特性)(ωϕ，实频特性)Re(ω和虚频特性)Im(ω的计算。
2．了解和掌握一阶惯性环节的转折频率ω的计算，及惯性时间常数对转折频率的影响。
3．了解和掌握对数幅频曲线和相频曲线（波德图）、幅相曲线（奈奎斯特图）的构造及绘制方法。
二．实验内容及步骤
1．了解和掌握对数幅频曲线和相频曲线（波德图）、幅相曲线（奈奎斯特图）的构造及绘制方法。
2．惯性环节的频率特性测试电路见图3-2-2，改变被测系统的各项电路参数，画出其系统模拟电路图，及频率特性曲线，并计算和测量其转折频率。
图3-2-2 惯性环节的频率特性测试电路
实验步骤：
（1）将数/模转换器（B2）输出OUT2作为被测系统的输入。
（2）构造模拟电路。
（3）运行、观察、记录： 三．实验结果：
转折频率（φ=-45°）测量值和计算值（R1=100K,R2=200K ）： 惯性时间
常数 T
转折频率 实测值 计算值 0.1
11.6 10 0.2
5.9 5 0.3
3.6 3.3
T=0.1：
T=0.2：
T=0.3：
实验分析及总结：
惯性环节的对数幅频特性曲线可用两条直线渐进，两条直线交于的地方，此频率就是转折频率。在相频曲线中，转折频率处的相位角为-45度，而且，对数相频曲线对-45度具有
奇对称性。
自动控制原理-控制系统的频率特性实验报告
肇庆学院
工程学院 自动控制原理实验报告
_12 _年级_ 电气一班 组员：王园园、李俊杰 实验日期 2014/6/9 姓名:李奕顺 学号：2130 老师评定___________ 实验四：控制系统的频率特性
一、实验原理
1.被测系统的方块图：见图4-1
图4-1 被测系统方块图
系统（或环节）的频率特性G （j ω）是一个复变量，可以表示成以角频率ω为参数的幅值和相角：
) G(j ω) G(j ω) G(j ω= （4—1）
本实验应用频率特性测试仪测量系统或环节的频率特牲。 图4-1所示系统的开环频率特性为：
) E(j ω) B(j ω)
E(j ω)
B(j ω) E(j ω) B(j ω) (j ωG ) (j ωG 21=
=
⋅
（4—2）
采用对数幅频特性和相频特性表示，则式（4—2）表示为：
)
E(j ω)
B(j ωlg
20) )H(j ω (j ωG ) (j ωG 20lg 21=⋅
) E(j ωlg 20) B (j ωlg 20-= （4—3）
) E(j ω) B(j ω)
E(j ω)
B(j ω) H(j ω) (j ωG ) (j ωG 21-
==
（4—4）
将频率特性测试仪内信号发生器产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化，并施加于被测系统的输人端[r(t)]，然后分别测量相应的反馈信号[b(t)]和误差信号[e(t)]的对数幅值和相位。频率特性测试仪测试数据经相关运算器后在显示器中显示。
根据式(4—3)和式(4—4)分别计算出各个频率下的开环对数幅值和相位，在半对数座标纸上作出实验曲线：开环对数幅频曲线和相频曲线。
自动控制原理实验四_系统频率特性的测试
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
实验名称：系统频率特性的测试
院〔系〕：自动化学院专业：自动化
**：**：
实验室：实验组别：
同组人员：实验时间：2021/11/24
评定成绩：审阅教师：
目录
一．实验目的和要求2
二．实验原理2
三．实验方案与实验步骤3
四．实验设备与器材配置4
五．实验记录4
六．实验分析4
七．预习与答复5
八．实验结论5
一．实验目的和要求
实验目的：
〔1〕明确测量幅频和相频特性曲线的意义
〔2〕掌握幅频曲线和相频特性曲线的测量方法
〔3〕利用幅频曲线求出系统的传递函数
报告要求：
〔1〕画出系统的实际幅度频率特性曲线、相位频率特性曲线，并将实际幅度频率特性曲线转换成折线式Bode图，并利用拐点在Bode图上求出系统的传递函数。
〔2〕用文字简洁表达利用频率特性曲线求取系统传递函数的步骤方法。
〔3〕利用上表作出Nyquist图。
〔4〕实验求出的系统模型和电路理论值有误差，为什么.如何减小误差.
〔5〕实验数据借助Matlab作图，求系统参数。
二．实验原理
在设计控制系统时，首先要建立系统的数学模型，而建立系统的数学模型是控制系统设计的前提和难点。建模一般有机理建模和辨识建模两种方法。机理建模就是根据系统的物理关系式，推导出系统的数学模型。辨识建模主要是人工或计算机通过实验来建立系统数学模型。两种方法在实际的控制系统设计中，常常是互补运用的。辨识建模又有多种方法。本实验采用开环频率特性测试方法，确定系统传递函数，俗称频域法。还有时域法等。准确的系统建模是很困难的，要用反复屡次，模型还不一定建准。模型只取主要局部，而不是全部参数。
自动控制理论实验报告
自动控制理论实验报告
实验二控制系统的时域分析
一、实验目的
学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性；
二、实验要点
1、系统的典型响应有哪些？
2、如何判断系统稳定性？
3、系统的动态性能指标有哪些？
三、实验方法
（一）四种典型响应
1、阶跃响应：
阶跃响应常用格式：
1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。
2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。
3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。
4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。
2、脉冲响应：
脉冲函数在数学上的精确定义：0
,0)(1)(0
==?∞
t x f dx x f 其拉氏变换为：)
()()()(1)(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。
脉冲响应函数常用格式：① )(sys impulse ；
② );
,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y =
（二）分析系统稳定性
有以下三种方法：
1、利用pzmap 绘制连续系统的零极点图；
2、利用tf2zp 求出系统零极点；
3、利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点
（三）系统的动态特性分析
Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.
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肇庆学院
工程学院 自动控制原理实验报告 12 年级 电气一班
组员：王园园、李俊杰
实验日期
2014/6/9
姓名:李奕顺 学号：201224122130老师评定 ________________
实验四：控制系统的频率特性
一、实验原理
1.被测系统的方块图：见图4-1
将频率特性测试仪内信号发生器产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化， 并施加于
被测系统的输人端［r(t)］，然后分别测量相应的反馈信号 ［b(t)］和误差信号［e(t)］的对数幅 值和
相位。频率特性测试仪测试数据经相关运算器后在显示器中显示。
根据式(4 — 3)和式(4 — 4)分别计算出各个频率下的开环对数幅值和相位， 在半对数座标
纸上作出实验曲线：开环对数幅频曲线和相频曲线。
系统(或环节)的频率特性 幅值和相角：
G (j 3)是一个复变量，可以表示成以角频率
3为参数的
G(j 3)= G(j 3)|/G(j 3)
(4 — 1)
本实验应用频率特性测试仪测量系统或环节的频率特牲。 图4-1所示系统的开环频率特性为：
G 1(j 3)G 2(j 3)
B(j 3) 」
B(j 3)
E(j 3) E(j 3) E(j 3)
(4—2)
采用对数幅频特性和相频特性表示，则式(
20lgG1(j 3) G2(j 3)H(j 3)=
2
叫鵲
= 20lgB(j 3) -20lg E(j 3)
(4— 3)
G 1(j 3)G 2(j 3)H(j 3)
二
B(j 3)- . E(j 3)
(4—4)
图4-1 被测系统方块图
4— 2 )表示
为:
根据实验开环对数幅频曲线画出开环对数幅频曲线的渐近线，再根据渐近线的斜率和转
角频确定频率特性（或传递函数）。所确定的频率特性（或传递函数）的正确性可以由测量的相频曲线来检验，对最小相位系统而言，实际测量所得的相频曲线必须与由确定的频率特牲（或传递函数）所画出的理论相频曲线在一定程度上相符，如果测量所得的相位在高频
（相
对于转角频率）时不等于-90 ° （q —p）[式中p和q分别表示传递函数分子和分母的阶次], 那么，频率特性（或传递函数）必定是一个非最小相位系统的频率特性。
2.被测系统的模拟电路图：见图4-2
图4-2被测系统
二、实验内容
（1）将U21 DAC单元的OUT端接到对象的输入端。
⑵将测量单元的CH1 （必须拨为乘I档）接至对象的输出端。
⑶将Ul SG单元的ST和S端断开，用排线将ST端接至U26控制信号单元中的PB0。（由于在每次测量前，应对对象进行一次回零操作，ST即为对象锁零控制端，在这里，我们用8255的PB0 口对ST进行程序控制）
⑷在PC机上分别输入角频率为1, 10,100,300，并使用“ +”、“―”键选择合适的幅值，按ENTER键后，输入的角频率开始闪烁，直至测量完毕时停止，屏幕即显示所测对象的输出及信号源，移动游标，可得到相应的幅值和相位，得到的实验波形图如图4-3到图4-10所示：
图4-3输入频率为1的波形图1
图4-4输入频率为1的波形图2
图4-5输入频率为10的波形图1
图4-6输入频率为10的波形图2
图4-7输入频率为100的波形图1
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图4-8输入频率为100的波形图2 K CiC W 嬉
图4-10输入频率为300的波形图2
三、实验数据整理
1、由实验波形图如图4-3到图4-10的数据可以计算得出表4-1 :