北航自控实验报告3
北航自动控制系统原理实验资料报告材料1-4合集
自动控制原理实验报告实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验二频率响应测试实验三控制系统串联校正实验四控制系统数字仿真：学号：单位：仪器科学与光电工程学院日期：2013年12月27日实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试一、实验目的1. 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。
2. 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。
3. 学习阶跃响应的测试方法。
二、实验容1. 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。
2. 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。
三、实验原理1．一阶系统：系统传递函数为：模拟运算电路如图1- 1所示：图1- 1由图1-1得在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C取不同的时间常数T分别为：0.25、0.5、12．二阶系统:其传递函数为：令=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示：图1-2根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示：图1-3取R2C1=1 ，R3C2 =1，则及ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1四、实验步骤1. 确定已断开电子模拟机的电源，按照实验说明书的条件和要求，根据计算的电阻电容值，搭接模拟线路；2. 将系统输入端与D/A1相连，将系统输出端与A/D1相；3. 检查线路正确后，模拟机可通电；4. 双击桌面的“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。
5. 在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出的对话框中阶跃信号幅值选1伏，单击按钮“硬件参数设置”，弹出“典型环节参数设置”对话框，采用默认值即可。
6. 单击“确定”，进行实验。
完成后检查实验结果，填表记录实验数据，抓图记录实验曲线。
五、实验设备HHMN-1电子模拟机一台、PC机一台、数字式万用表一块六、实验数据T 0.25 0.5 1R2 250K 500K 1MC 1μF 1μF 1μFTs理论0.75s 1.5s 3.0sTs实测0.763s 1.543s 3.072sTs误差 1.73% 2.87% 2.40%响应图形图1 图2 图3图2图3ζ0.25 0.5 1 R4 2M 1M 500K C2 1μF 1μF 1μF σ%理论33.08% 16.48% 0 σ%实测33.89% 16.79% 0 σ%误差 2.45% 1.88% 0 Ts理论8.643s 5.307s 4.724s Ts实测8.752s 5.398s 4.808s Ts误差 1.26% 1.71% 1.78% 响应曲线图4 图5 图6图5图6七、误差分析1. 电阻的标称值和实际值有误差。
北航新型结构机构测试与控制实验报告3
专业实验报告课程名称航空航天工程试验实验名称新型结构机构测试与控制学生姓名任课教师2020年12月报告提纲一、实验目的1.1基于DASP的结构振动模型测试熟悉智能结构的平台，理解智能结构的优点和DASP的模型测试系统和它的工作原理、关键性能参数，用它来建立结构的模型。
基于测试的数据和模型的建立分析智能系统的结构参数。
实验的方法采用锤击脉冲法和快速正弦扫描的。
1.2基于dSPACE的振动测试通过这个实验能够更加清楚的掌握实验平台的结构以及相关的关键的性能参数。
掌握建立Matlab/Simulink实验模型和操作dSPACE平台的方法，并基于dSPACE系统驱动和检测试验台，通过该试验台测试结构模型的频率。
1.3桁架结构的主动振动控制的实验通过主动控制的实验，能够进一步加深对这种智能结构的组成了解。
以及通过对PID的调节的控制理解这种方法的控制原理。
智能结构的技术是多方面的，其中主动抑制振动是一种功能，通过这项实验能够很好理解多技术对于这种结构的应用。
二、实验内容2.1结构振动的测试本实验中，在已经搭建了实验平台的基础上，需要在基于DASP的软件平台中首先建立结构的模型。
，模型的结构图如下所示图2.1系统结构本实验采用锤击脉冲法完成实验的测试。
在实验中首先激励系统使系统震动，然后通过传感器测量观测点的位移、速度和加速度。
这是本次实验的主要的记录数据，同时也需要记录脉冲激励信号。
传感器的得到的数据需要一个A/D转换器，把模拟信号转为数字信号输入到电脑中进行处理得到系统的频率分析图。
操作流程图如下图2.2实验操作流程图2.2基于dSPACE的振动实验测试本实验基于dSPACE的半物理仿真系统，将实现结构模型和其他相关仪器包括冲击器、传感器、电荷放大器和功率放大器(PA)等的应用结合。
实验模型到仿真软件的连接如下图所示图2.3结构连接dSPACE仿真软件能够直接和Matlab的仿真结合，只需要在Matlab中的simulink模型下载到dSPACE软件中，通过控制传感器接收和发送信号实现仿真模型的控制操作。
北航自动化学院计算机控制系统实验报告
2011- 2012 学年 第二学期计算机控制实验报告班级 姓名392311 李 柏学院 学号高等工程3903· 24152012 年 6 月 12 日实验 1 模拟式小功率随动系统的实验调试一、实验目的1.熟悉反馈控制系统的结构和工作原理，进一步了解位置随动系统的特点。
2. 掌握判别闭环系统的反馈极性的方法。
3.了解开环放大倍数对稳定性的影响及对系统动态特性的影响，对静态误差的影响。
二、实验仪器XSJ-3 小功率直流随动系统学习机一台 DH1718 双路直流稳压电源一台 4 1/2 数字多用表一台三、 实验原理模拟式小功率随动系统结构如图 2-3 所示 调试步骤如下： 零位调整：为了保证精度，同时判断运放是否好用，在连接成闭环系统之前进行零位的调整。
首先，把三个运放负相端输入 电阻接地，并使其增益为 1（利用电阻调整） ，再利用运放上方的调零旋钮，使输出端输出为 0；然后将电位计两端接上±10V 电压后，用数字电压表测其电刷输出，旋转之，使其电刷输出为 0，并同时调整刻度盘零点于 0 点。
开环工作状态：断开反馈电为计，加入给定电压，使电压从小到大，当信号大时，电机转速高，信号反极性时，电机反转。
反馈极性判断。
首先判断测速机反馈极性。
在一级运放处加一电压（正或负） ，记住电机转向，然后断开输入，用手旋转电 机按同一转向转动，测量测速机输出电压，如与前电机所加电压极性相同，则可将该信号接入运放二的负端；否则应把测速 机输出极性倒置， 即把另一信号接入运放二的负相端。
其次判断位置反馈极性。
将回路接成开环状态， 给电机加入一正电压， 可使其转动，然后使电机回零，顺着电机刚才转动的方向转一小角度（不可转到非线性区） ，同时用数字电压表测电位计电 刷的输出电压，倘若其值为负，则表明此时是负反馈，否则，需把电位计两端±10V 接线头对调，以保证闭环系统是负反馈。
检验系统跟随情况：按图 2-2 连线，逐渐加大电压，察看输出角度是否也同时增加（绝对量值） ，如跟随则系统跟随情况良 好。
北航_自控实验报告_非线性环节对系统动态过程的响应
北航_自控实验报告_非线性环节对系统动态过程的响应实验目的：通过非线性环节对系统动态过程的响应实验，了解非线性环节对于系统动态过程的影响，掌握非线性环节对系统稳定性和动态响应的影响机制。
实验原理：在控制系统中，非线性环节是指系统主要由非线性元件组成的一种环节，如饱和环节、死区环节等。
非线性环节通常会引入系统的不稳定性和不良动态响应，使系统产生震荡、振荡或失去稳定等现象。
因此，对于非线性环节对系统动态过程的响应进行研究，可以帮助我们了解非线性环节对系统的影响及其调节方法。
实验装置：实验中使用的实验装置包括非线性环节调节台和数据采集系统。
非线性环节调节台中包含了饱和环节和死区环节两种非线性元件，可以通过改变其参数来调节非线性环节的作用程度。
数据采集系统用于实时采集和记录实验数据。
实验步骤：1.将非线性环节调节台连接至数据采集系统，保证信号传输的稳定性和准确性。
2.打开数据采集系统，并设置相应的实验参数，如采样频率和采样时间等。
3.首先进行饱和环节的实验。
调节饱和环节的幅值参数，并记录系统的响应曲线。
可以观察到，在饱和环节的作用下，系统响应出现了明显的振荡和周期变化。
4.然后进行死区环节的实验。
调节死区环节的参数，并记录系统的响应曲线。
可以观察到，在死区环节的作用下，系统响应出现了滞后和不连续等现象。
5.对比分析两种非线性环节的实验结果，总结非线性环节对系统动态过程的影响机制。
实验结果：通过实验得到的系统响应曲线可以明显观察到非线性环节对系统动态过程的影响。
在饱和环节的作用下，系统响应出现了周期性的振荡，而在死区环节的作用下，系统响应出现了滞后和不连续的现象。
实验总结：通过以上实验，我们可以得出以下结论：1.非线性环节对系统动态过程有显著的影响，会导致系统的稳定性下降和动态响应不理想。
2.饱和环节的作用会引起系统的振荡和周期变化，而死区环节的作用会引起系统的滞后和不连续。
3.针对非线性环节对系统的影响，可以采取相应的控制策略和调节方法，以提高系统的稳定性和动态响应。
西北工业大学航天学院自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告实验名称：线性系统的时域分析实验日期：2017.9.29，2017.11.14小组成员：目录一、典型环节的模拟研究 (3)1.实验目的 (3)2.实验原理及说明 (3)3.实验内容及实验结果 (3)3.1观察比例环节的阶跃响应曲线 (4)3.2观察惯性环节的阶跃响应曲线 (7)3.3观察积分环节的阶跃响应曲线 (10)3.4观察比例环节的阶跃响应曲线 (13)3.5观察比例微分环节的阶跃响应曲线 (16)3.6观察PID（比例积分微分）环节的阶跃响应曲线 (17)4.结果分析 (20)二、二阶系统瞬态响应和稳定性 (21)1.实验目的 (21)2.实验原理及说明 (21)3.实验内容及实验结果 (23)4.结果分析 (29)一、典型环节的模拟研究1.实验目的①了解和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观察和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。
2.实验原理及说明①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。
②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。
③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。
④典型环节的结构图及传递函数3.实验内容与实验结果3.1观察比例环节的阶跃响应曲线 典型比例环节模拟电路如下图所示。
传递函数：1(S)(S)(S)R R K K U U G i O === 单位阶跃响应：K )t (U =1)实验步骤（1）构造模拟电路：安置短路套及测孔联线，表如下。
（a ）安置短路套 （b ）测孔联线（2）将A/D-D/A 转换（B2）DAOUT （矩形波）作为系统输入信号Ui,运行SACT 程序，选择线性系统时域分析项，点击启动实验项目弹出实验界面后，在“波形控制区”设置矩形波参数，设置矩形波“幅度”为4V ，“正脉宽”为1秒。
北航自动化学院DSP实验报告
DSP实验报告学号：姓名：实验1 软件认识实验一、实验目的(1)熟悉CCS开发环境的界面。
(2)利用CCS软件仿真功能，实现前期算法设计的实验和调试，以及算法性能的评估。
(3)了解C54x系列DSP芯片与CCS在线连接调试的基本方法。
二、实验设备信号发生器1台，示波器1台，万用表1块，5V电源1个，PC机1台，C5402核心板1块。
三、实验内容及结果分别在CCS软件仿真和在线调试模式下，用C语言和汇编语言实现正弦值计算功能。
C语言程序要能够计算从0~180°的正弦值。
(1)打开Setup CCS 2(C5000)，将CCS配置成软件仿真模式。
(2)打开CCS开发环境，新建工程，用C语言和汇编语言编写正弦值计算程序。
(3)编译，加载，运行，调试。
利用CCS的图形显示功能，观测生成的正弦波。
(4)将计算机和仿真器相连，将CCS Setup设置为硬件调试模式。
(5)将前面调试好的程序烧写入DSP中，观察运行结果。
(6)利用CCS的代码性能评估工具，分析所编写程序的效率、运行速度，提出进一步的优化方案。
实验结果如下图：图1软件仿真数组结果图2软件仿真图形结果从数组中变量的值和图像可以看出程序运行结果是正确的。
四、分析与思考代码效率评估在实际操作中并没有进行，预测汇编语言编写的程序效率会远高于C语言编写的程序。
当然C语言程序也有简短易读的优势。
汇编语言使用泰勒展开的方法计算正弦值是为了利用DSP拥有硬件乘法器的优势，DSP的硬件乘法器使其能够迅速计算乘法，大大削减了计算时间。
由此可以看出，功能简单但是对运算速度要求严格的程序使用汇编语言编写最为合适，而功能复杂，代码量庞大但对运算速度要求不是很严格的程序使用C 语言及其他高级语言编写更具优势，可以大大节约开发时间，代码可读性、可移植性更强。
五、实验感想本次试验过程中我初步了解了DSP编程和软件仿真的过程，也略知汇编语言和高级编程语言各自的优劣。
初步体验了工程设计中利用软件仿真初步调试程序的这一步。
北航自动控制原理实验三：控制系统串联校正
本次实验通过设计串联超前校正和串联滞后校正装置研究了串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响，从直观的角度认识了串联校正环节的作用及超前校正和滞后校正的不同之处，对理论学习有一定的帮助。
附：实验数据，
成绩
自动控制原理
实验报告
院（系）名称
专业名称
学生学号
学生姓名
指导老师
2015年12月
实验二
实验时间
一、实验目的
1.了解和掌握串联校正的分析和设计方法。
2.研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。
二、实验内容
1.单位负反馈系统的开环传递函数为 ，进行半实物实时仿真，研究其时域性能，同时从频域分析系统稳定性。
2.电子模拟机
3.万用表
4.测试导线
五、实验步骤
1.正确连接电路，分别完成不加校正、加入超前校正、加入滞后校正的实验。在系统模型上的“Manual Switch”处可设置系统是否加入校正环节，在“ ”处可设置校正环节的传递函数。
2.绘制以上三种情况时系统的波特图。
3.采用示波器“Scope”观察阶跃响应曲线。观测试验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，完成实验报告。
图3-1系统结构图
其中 为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式由模拟机实现。
2.系统模拟电路如图3-2所示。
图3-2系统模拟电路图
取 ， ， ， ， 。
3.未加校正时， 。
4.加串联超前校正时， 。
取 ， ，则 。
5.加串联滞后校正时， 。
取 ， ，则 。
四、实验设备
1.数字计算机
2.针对以上系统，设计串联超前校正装置 ，使系统的相稳定裕度 ，并进行半实物实时仿真验证，研究其时域性能，同时从频域分析系统稳定性。
北航自控实验报告
北航自控实验报告北航自控实验报告自控实验是北航自动化专业学生的重要课程之一，通过实验，学生能够巩固和应用所学的自动控制理论知识，提高实践能力。
本文将从实验目的、实验内容、实验结果和实验总结等方面，对北航自控实验进行详细介绍。
实验目的自控实验的目的是通过实际的控制系统，让学生了解自动控制的基本原理和方法，培养学生的实际操作能力和问题解决能力。
通过实验，学生能够掌握控制系统的建模、仿真和实际控制过程中的参数调整方法，提高自己的工程实践能力。
实验内容北航自控实验包括多个实验项目，其中包括PID控制器的设计与调整、系统建模与仿真、状态空间控制等。
在PID控制器的设计与调整实验中，学生需要根据给定的控制要求，设计出合适的PID控制器，并通过调整PID参数来实现系统的稳定性和性能要求。
在系统建模与仿真实验中，学生需要根据给定的系统动力学方程，建立系统的数学模型，并通过仿真软件进行系统的动态仿真。
在状态空间控制实验中，学生需要学习和应用状态空间法进行系统的控制设计。
实验结果通过实验，学生能够得到实验结果，并进行分析和总结。
实验结果包括系统的响应曲线、参数调整结果等。
学生需要根据实验结果，评估系统的控制性能，并对控制器的参数进行调整。
通过实验结果的分析，学生能够深入理解自动控制的原理和方法，并提高自己的问题解决能力。
实验总结自控实验是北航自动化专业学生的重要课程之一，通过实验，学生能够将理论知识应用到实践中，并提高自己的实际操作能力和问题解决能力。
在实验过程中，学生需要仔细操作实验设备，准确记录实验数据，并进行数据分析和总结。
通过实验总结，学生能够发现实验中存在的问题，并提出改进措施，提高自己的实验技巧和创新能力。
总之，北航自控实验是自动化专业学生不可或缺的一部分，通过实验，学生能够巩固和应用所学的自动控制理论知识，提高实践能力。
通过实验目的、实验内容、实验结果和实验总结等方面的介绍，相信读者对北航自控实验有了更加深入的了解。
北航_自控实验报告_状态反馈和状态观测器
北航_自控实验报告_状态反馈和状态观测器摘要：本实验通过对一个质点的运动进行实时控制的实验研究，了解了状态反馈和状态观测器的原理和应用。
通过实验验证了状态反馈和状态观测器在控制系统中的重要性和有效性。
1引言状态反馈和状态观测器是控制系统中常用的两种控制方法，可以实现对系统状态的准确估计和实时控制。
在实际控制应用中，状态反馈和状态观测器广泛应用于电力系统、轨道交通系统等领域。
本实验通过对一个质点运动的控制，以实验方式掌握状态反馈和状态观测器的原理和应用。
2实验目的2.1理解状态反馈和状态观测器的原理；2.2 学会使用Matlab编程实现状态反馈和状态观测器；2.3通过实验验证状态反馈和状态观测器的有效性。
3实验内容与方法3.1实验设备本实验所需设备和材料有：计算机、Matlab软件。
3.2系统建模通过对质点的运动进行建模，得到系统的状态空间方程，用于状态反馈和状态观测器的设计。
3.3状态反馈设计根据系统建模和状态反馈的原理，设计状态反馈控制器，并进行仿真实验。
3.4状态观测器设计根据系统建模和状态观测器的原理，设计状态观测器，并进行仿真实验。
4实验结果与分析4.1状态反馈实验结果在进行状态反馈实验时，观察到质点运动的稳定性得到了明显提高，达到了预期的控制效果。
4.2状态观测器实验结果在进行状态观测器实验时，观察到对系统状态的估计准确性得到了明显提高，状态观测器的设计能够很好地预测系统状态变化。
5结论本实验通过对一个质点运动进行实时控制的实验研究，学习并实践了状态反馈和状态观测器的原理和应用。
通过实验验证了状态反馈和状态观测器在控制系统中的重要性和有效性。
实验结果表明，状态反馈和状态观测器能够有效改善系统的稳定性和估计准确性，达到了实时控制的目的。
[1]袁永安.现代控制理论与技术[M].北京：中国电力出版社。
[2]何国平，刘德海.控制系统设计与应用[M].北京：中国电力出版社。
[3]王晓红.状态反馈和状态观测在电力系统控制中的应用[J].电网技术，2024。
北航自控实验报告1
成绩北京航空航天大学自动控制原理实验报告班级学号学生姓名自动控制与测试教学实验中心实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试一、实验目的1.了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。
2.学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。
3.学习阶跃响应的测试方法。
二、实验内容1.建立一阶系统的电子模型，观测并记录不同时间常数T时的跃响应曲线，测定其过渡过程时间Ts。
2.建立二阶系统的电子模型，观测并记录不同阻尼比ζ时的跃响应曲线，测定其超调量σ%及过渡过程时间Ts。
三、实验原理1.一阶系统系统传递函数为：模拟运算电路如图1-1所示：由图1-1得在实验当中始终取R1=R2，则K=1，T=R2C取不同的时间常数T分别为：0.25、0.5、1.0。
记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量并记录其过渡过程时间T s，将参数及指标填在表1-1内。
2.二阶系统系统传递函数为：。
令ωn=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示：根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示：取1,12312==C R C R 则24243421,21C R C R R R ===ζζ ζ取不同的值：0.25、0.5、0.707、1.0，观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量σ%，计算过渡过程时间Ts ，将参数及各项指标填入表1-2内。
四、实验设备1.HHMN-1型电子模拟机一台。
2.PC 机一台。
3.数字式万用表一块。
五、实验步骤1.熟悉HHMN-1型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器接成比例器，通电调零。
2.断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。
3.将D/A1与系统输入端Ui 连接，将A/D1与系统输出端UO 连接（此处连接必须谨慎，不可接错）。
线路接好后，经教师检查后再通电。
4.在Windows XP 桌面用鼠标双击“MATLAB ”图标后进入，在命令行处键入“autolab ”进入实验软件系统。
北航计控实验--飞思卡尔小车实验报告
成绩《计算机测控系统》实验报告院（系）名称自动化科学与电气工程学院专业名称自动化学生学号学生姓名指导教师董韶鹏2018年06月同组同学实验编号03组一、实验目的1．了解计算机控制系统的基本构成和具体实现方法。
2．学会使用IAR软件的基本功能，掌握K60单片机的开发和应用过程。
3．学会智能小车实验系统上各个模块的使用，掌握其工作原理。
二、实验内容1、了解各模块工作原理，通过在IAR环境编程，实现和演示各个模块的功能。
2、编写程序组合各个模块的功能，让小车能够沿着赛道自行行使。
三、实验原理小车的主板如下图所示：主板上包括Freescale MK60DN512ZVLQ10核心板，J-Link下载调试接口，编码器接口，电机驱动接口，舵机接口，CCD结构等主要功能模块接口，无线模块接口，蓝牙模块接口，OLED接口等主要功能模块和相应的辅助按键和电路。
在本次实验中我们主要使用的接口为编码器接口，CCD接口，舵机接口，电机驱动接口，OLED接口来控制小车运行，采用7.2V电池为系统供电。
我们采用512线mini 编码器来构成速度闭环控制，采用OV7725来进行赛道扫描，将得到的图像二值化，提取赛道信息，并以此控制舵机来进行转向。
四、实验步骤4.1车架及各模块安装4.1.1小车整体车架结构车模的整体结构如上图所示，包含地盘，电机等，为单电机驱动四轮车。
车模为但电机驱动，电机安装位置如下：4.1.2摄像头的固定和安装摄像头作为最重要的传感器，它的固定和安装对小车的影响是十分巨大的，摄像头的布局和安装取决于系统方案，反过来又会影响系统的稳定性与可靠性以及软件的编写。
我们的车模为四轮车，所以摄像头架在车子的中间部分，介于电池和舵机之间，这样节省空间而且也不会让重心偏移太大，而摄像头的角度也很有讲究，角度低的时候能看到很远的赛道信息，但是图像较为模糊，不适合图像处理的编写，角度较高是，能看到的图像信息较少，但是分辨率明显更好，在程序的编写中，我们发现摄像头视野的宽广往往直接影响赛道信息提取的精准度。
北航自控实验报告
北航自控实验报告北航自控实验报告自控是自动控制的简称，是一门涉及控制理论和控制工程的学科。
在工程领域中，自控技术的应用非常广泛，可以用于飞行器、机械设备、电力系统等各个领域。
为了更好地理解和应用自控技术，我参与了北航自控实验。
实验一：PID控制器的设计与调试PID控制器是自控领域中最常用的一种控制器，它由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个控制环节组成。
在这个实验中，我们需要设计和调试一个PID控制器，以实现对一个电机转速的控制。
首先，我们在实验室里搭建了一个小型的电机转速控制系统。
通过连接电机和传感器，我们可以测量电机的转速，并将其反馈给控制器。
接下来，我们使用Matlab/Simulink软件进行PID控制器的设计。
通过调整PID控制器的参数，我们可以实现对电机转速的精确控制。
在调试过程中，我们遇到了一些挑战。
初始时，电机的转速波动较大，无法稳定在我们期望的值。
通过分析，我们发现PID控制器的参数需要进行适当的调整。
通过多次试验和参数调整，我们最终成功实现了对电机转速的稳定控制。
实验二：状态空间控制系统的建模与分析状态空间方法是一种用于描述和分析控制系统的数学工具。
在这个实验中，我们需要建立一个状态空间控制系统的数学模型，并进行分析。
我们选择了一个简单的倒立摆系统作为研究对象。
通过将系统分解为多个状态变量，并建立它们之间的动态方程，我们得到了一个状态空间模型。
接下来，我们使用Matlab软件进行模型的仿真和分析。
在仿真过程中，我们改变了系统的初始条件和外部扰动，观察了系统的响应。
通过分析仿真结果，我们可以得出一些结论。
例如，当初始角度较大时，系统的稳定性会受到影响；当外部扰动较大时，系统的响应会变得不稳定。
这些结论对于设计和优化控制系统非常有价值。
实验三：模糊控制系统的设计与实现模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，它可以处理那些难以用精确数学模型描述的系统。
在这个实验中，我们需要设计和实现一个模糊控制系统，以实现对一个小型车辆的路径跟踪。
北航自动控制原理实验五报告
北航自动控制原理实验五报告自动控制原理实验报告成绩北京航空航天大学自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心实验五 采样系统研究实验时间 2015.4.21 实验编号 1 同组同学 无一、 实验目的1.了解信号的采样与恢复的原理及其过程，并验证香农定理。
2.掌握采样系统的瞬态响应与极点分布的对应关系。
3.掌握最少拍采样系统的设计步骤。
二、 实验原理1.采样：把连续信号转换成离散信号的过程。
2.香农定理：如果选择的采样角频率s ω，满足2s m ωω≥条件（m ω为连续信号频谱的上限频率），即在一个周期内采样两次以上，那么经采样所获得的脉冲序列包含了连续信号的全部信息，可以通过理想的低通滤波器无失真地恢复成原连续信号。
3.信号的复现：把采样信号转换成连续信号的过程。
零阶保持器是将采样信号转换成连续信号的元件，是一个低通滤波器；其功能是把每个采样瞬间的采样值保持到下一个采样瞬间，从而使采样信号变成阶梯信号。
其传递函数为1Tse s--。
4.采样系统的极点分布对瞬态响应的影响：Z 平面内的极点分布在单位圆的不同位置，其对应的瞬态分量是不同的。
极点在Z 平面单位圆内时，系统是稳定的。
5.最小拍无差系统：通常称一个采样周期为一拍， 系统过渡过程结束的快慢常采用采样周期来表示，若系统能在最少的采样周期内达到对输入的完全跟踪，则称为最少拍无差系统。
对最小拍系统时间响应的要求是：对于某种典型输入，在各采样时刻上无稳态误差；瞬态响应最快，即过渡过程尽量早结束，其调整时间为有限个采样周期。
三、 实验内容1. 通过改变采频率 T =0.01s 、0.2s 、0.3 s 、0.4 s 、0.5s ，观察在阶跃信号作用下的过渡过程。
被控对象模拟电路图和系统结构分别如图1、 图2所示。
图 1 系统模拟电路图图 2 系统结构图图1中，()()/()1D z U z E z ==，系统被控对象脉冲传递函数为： ()144(1)()[]()1Ts T TY z e e G z Z U z s s z e -----===+- 系统开环脉冲传递函数为： 4(1)()()()T w Te G z D z G z z e ---==- 系统闭环脉冲传递函数为： ()()1()w w G z z G z φ=+ 在Z 平面内讨论，采样周期T 的变化对系统稳定性的影响。
北航自控实验三报告
北 京 航 空 航 天 大 学
自动控制原理实验报告
自动控制与测试教学实验中心
实验三控制系统串联校正
一、实研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。
二、实验内容
1、设计串联超前校正，并验证。
2、设计串联滞后校正，并验证。
三、实验原理
1．系统结构如图所示：
6.绘制以上三种情况时系统的波特图。
7.采用示波器“Scope”观察阶跃响应曲线。观测试验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，完成实验报告。
六、实验结果
1.先给出实验中测得的各系统的阶跃响应曲线及波特图。
不加校正的系统：
图3不加校正的系统的阶跃响应
图4不加校正的系统频率特性
加超前校正的系统：
图5超前校正系统阶跃响应
3.数字式万用表一块。
五、实验步骤
1.熟悉HHMN-1型电子模拟机的使用方法。将各运算放大器接成比例器，通电调零。断开电源，按照系统结构图和系统传递函数计算电阻和电容的取值，并按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。
2.将D/A1与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端Uo连接（此处连接必须谨慎，不可接错）。线路接好后，经教师检查后再通电。
图1系统结构图
其中 为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式来实现。
2．系统模拟电路图如图：
图2模拟电路图
其中 。
3.未加校正时
4、加串联超前校正时 （a>1）。给定 ，则
5、加串联滞后校正时 （0<b<1）。给定 ，则 。
四、实验设备
1. HHMN-1电子模拟机一台
2.PC机一台
0.449rad
54.8rad
实验六北航_自控实验报告_状态反馈和状态观测器
成绩北京航空航天大学自动控制原理实验报告学院电子信息工程专业方向班级学号学生姓名指导教师自动控制与测试教学实验中心实验六状态反馈与状态观测器实验时间2015.6.15 实验编号 17 同组同学无一、实验目的：1. 掌握用状态反馈进行极点配置的方法。
2. 了解带有状态观测器的状态反馈系统。
二、实验原理：1. 闭环系统的动态性能与系统的特征根密切相关，在状态空间的分析中可利用状态反馈来配置系统的闭环极点。
这种校正手段能提供更多的校正信息，在形成最优控制率、抑制或消除扰动影响、实现系统解耦等方面获得广泛应用。
2. 为了实现状态反馈，需要状态变量的测量值，而在工程中，并不是状态变量都能测量到，而一般只有输出可测，因此希望利用系统的输入输出量构成对系统状态变量的估计。
解决的方法是用计算机构成一个与实际系统具有同样动态方程的模拟系统，用模拟系统的状态向量作为系统状态向量的估值。
3. 状态观测器的状态和原系统的状态之间存在着误差，而引起误差的原因之一是无法使状态观测器的初态等于原系统的初态。
引进输出误差的反馈是为了使状态估计误差尽可能快地衰减到零。
4. 若系统是可控可观的，则可按极点配置的需要选择反馈增益阵k，然后按观测器的动态要求选择H，H的选择并不影响配置好的闭环传递函数的极点。
因此系统的极点配置和观测器的设计可分开进行，这个原理称为分离定理。
三、实验内容：1. 设控制系统如6.1图所示，要求设计状态反馈阵K，使动态性能指标满足超调量%5%≤σ，峰值时间stp5.0≤。
2. 被控对象传递函数为57.103945.3100)(2++=SSsG写成状态方程形式为CXYBuAXX=+=式中⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=945.357.1031A，⎥⎦⎤⎢⎣⎡=1B；[]0100=C；模拟电路图虚线内表示连续域转换成离散域在计算机中的实现方法：)()()1(k Hu k Gx k x +=+其中AT e G =B dt t H T ⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎰0)(ϕ At e t =)(ϕ21⨯---K 维状态反馈系数矩阵，由计算机算出。
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成绩
北京航空航天大学
自动控制原理实验报告
班级
学号
学生姓名
自动控制与测试教学实验中心
实验三控制系统串联校正
一、实验目的
1. 了解和掌握串联校正的分析和设计方法。
2. 研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。
二、实验内容
1、设计串联超前校正，并验证。
2、设计串联滞后校正，并验证。
三、实验原理
1. 系统结构如图3-1所示：
图3-1 系统结构图
其中错误！未找到引用源。
为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式来实现。
2. 系统模拟电路图如图3-2所示：
图3-2 系统模拟电路图
3. 未加校正时错误！未找到引用源。
4、加串联超前校正时错误！未找到引用源。
，a>1。
给定错误！未找到引用源。
，则错误！未找到引用源。
5、加串联滞后校正时错误！未找到引用源。
，b<1。
给定错误！未找到引用源。
，则错误！未找到引用源。
四、实验设备
1.HHMN-1电子模拟机一台。
2.PC机一台。
3.数字式万用表一块。
五、实验步骤
1.熟悉HHMN-1型电子模拟机的使用方法。
将各运算放大器接成比例器，通电调零。
断开电源，按照系统结构图和系统传递函数计算电阻和电容的取值，并按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。
2.将D/A1与系统输入端Ui连接，将A/D1与系统输出端Uo连接（此处连接必须谨慎，不可接错）。
线路接好后，经教师检查后再通电。
3.在Windows XP桌面用鼠标双击“MATLAB”图标后进入，在命令行处键入“autolab”进入实验软件系统。
4.在系统菜单中选择实验项目，选择“实验三”，在窗口左侧选择“实验模型”，其它步骤察看概述3.2节内容。
5.分别完成不加校正、加入超前校正、加入滞后校正的实验。
在系统模型上的“Manual Switch”处可设置系统是否加入校正环节，在“错误！未找到引用源。
”处可设置校正环节的传递函数。
6.绘制以上三种情况时系统的波特图。
7.采用示波器“Scope”观察阶跃响应曲线。
观测试验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，完成实验报告。
六、实验结果
1.系统模拟运算电路图及元件参数
1M
1μ1μ
1M 250k
图3-2 系统模拟电路图及元件参数
2.系统不加校正、加超前校正、加滞后校正的阶跃响应曲线
图3-3a 系统不加校正阶跃响应曲线：
调节时间s t s 91.5=错误！未找到引用源。
超调量%6.44%=σ
图3-3b 系统加超前校正阶跃响应曲线：
调节时间s t s 4.2=错误！未找到引用源。
超调量错误！未找到引用源。
图3-3c 系统加滞后校正阶跃响应曲线：
调节时间s t s 8.14=错误！未找到引用源。
超调量错误！未找到引用源。
3.系统不加校正、加超前校正、加滞后校正的波特图
图3-4a 系统不加校正波特图：
截止频率：1.88rad/s 幅值裕度：85.1dB 相位裕度：28°
图3-4b 系统加超前校正波特图：
截止频率：2.38rad/s 幅值裕度：117dB 相位裕度：47.4°
图3-4c 系统加滞后校正波特图：
截止频率：0.46rad/s 幅值裕度：104dB 相位裕度：53.8°
七、结果分析
1.三个系统都是稳定系统。
2.加串联超前校正时的系统比未加校正时调节时间短，即系统快速性变好了，而且超调量也减小了。
从频率角度来看，截止频率减小，相位稳定裕度增大，系统的稳定性变好了。
3.加串联滞后校正时的系统比未加校正时调节时间长，即系统快速性变差了，但是超调量减小了很多，甚至比加串联超前校正时的超调还小。
从频率角度来看，截止频率变小了，但相位稳定裕度增大了很多，甚至超过了加串联超前校正时的相位稳定裕度。
4.加串联超前校正和串联滞后校正都能改变系统的稳定性能参数。
但是改变状况又不一样。
加串联超前校正既使系统变快，又降低了超调量，使相位稳定裕度增大，使系统在调节时间和超调量上达到了比较好的平衡，使系统变得比较好。
而加入串联滞后校正时的系统是以加长调节时间来达到降低超调量的目的的，使相位稳定裕度达到比较好的状态，但是这个系统比未加校正时变慢了不少，在对快速性要求较高时不适用。
八、收获、体会及建议
通过这次实验我了解了串联矫校正环节的运作原理，理解了串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。
知道了加串联超前校正能同时改善系统稳定性和缩短过渡过程，而加串联滞后校正虽然也能改善系统稳定性，却会使过渡过程延长，系统快速性受到影响。
这次实验中我还进一步掌握了matlab的使用方法，学会了怎样用matlab根据系统
开环传递函数来画出波特图。
这次用到的画波特图的语句：
%不加校正
w=logspace(-2,2,400)%频率取值范围及点数
Num=[4]%开环传递函数分子系数
Den=[1 1 0]%分母系数，特别注意没有常数项时也要写上0
G=tf(Num,Den)
[x,y,w]=bode(G,w)
Margin(x,y,w)
%加超前校正
w=logspace(-2,3,500)
Num=[2.52 4]
Den=[0.26 1.26 1 0]
G=tf(Num,Den)
[x,y,w]=bode(G,w)
Margin(x,y,w)
%加滞后校正
w=logspace(-3,2,500)
Num=[40 4]
Den=[83.33 81.33 1 0]
G=tf(Num,Den)
[x,y,w]=bode(G,w)
Margin(x,y,w)
除此之外还有一点很重要，就是每次改了参数重新测量前一定要按复位键给电容放电，否则画出来的时域图开始时就是波动的，不是零状态，这一次的影响比前几次实验都要显著，我这次虽然按过了复位键，但可以看出测得的图仍然不能保证完全从零开始。