北京科技大学控制实验报告3
北京科技大学过程控制实验报告
实验报告课程名称：过程控制系统实验项目名称：被控对象特性测试实验日期与时间： 2022.07 指导教师：班级：姓名：学号：成绩：一、实验目的要求1．了解控制对象特性的基本形式。
2．掌握实验测试对象特性的方法，并求取对象特性参数二、实验内容本节实验内容主要完成测试对象特性，包含以下两部分内容：1．被控对象特性的实验测定本实验采用飞升曲线法（阶跃向应曲线法）测取对象的动特性。
飞升曲线是指输入为阶跃信号时的输出量变化的曲线。
实验时，系统处于开环状态，被控对象在某一状态下稳定一段时间后，输入一阶跃信号，使被控对象达到另一个稳定状态，得到被控对象的飞升曲线。
在实验时应注意以下的一些问题：1）测试前系统应处于正常工作状态，也就是说系统应该是平衡的。
采取一切措施防止其他干扰的发生，否则将影响实验结果。
2）在测试工作中要特别注意工作点与阶跃幅度的选取。
作为测试对象特性的工作点，应该选择正常工作状态，也就是在额定负荷及正常的其他干扰下，因为整个控制过程将在此工作点附近进行。
阶跃作用的取值范围为其额定值的 5－10%。
如果取值太小，由于测量误差及其它干扰的影响，会使实验结果不够准确。
如果取值过大，则非线性影响将扭曲实验结果。
不能获得应有的反应曲线，同时还将使生产长期处于不正常的工作状态，特别是有进入危险区域的可能性，这是生产所不能允许的。
3）实验时，必须特别注意的是，应准确地记录加入阶跃作用的计时起点，注意被调量离开起始点时的情况，以便计算对象滞后的大小，这对以后整定控制器参数具有重要的意义。
4）每次实验应在相同的条件下进行两次以上，如果能够重合才算合格。
为了校验线性，宜作正负两种阶跃进行比较。
也可作不同阶跃量的实验。
2．飞升曲线数据处理在飞升曲线测得以后，可以用多种方法来计算出所测对象的微分方程式，数据处理方法有面积法、图解法、近似法等。
面积法较复杂，计算工作量较大。
近似法误差较大，图解法较方便，误差比近似法小。
控制原理实验报告
控制原理实验报告控制原理实验报告引言：控制原理是现代工程领域中非常重要的一个学科，它研究如何通过对系统的输入进行调节，使系统能够按照预定的要求进行运行。
在本次实验中，我们将通过实际操作和数据分析，探索控制原理的基本概念和应用。
一、实验目的本次实验的目的是通过搭建一个简单的控制系统，了解控制原理的基本概念和应用。
具体目标包括：1. 理解控制系统的基本组成和工作原理；2. 学会使用传感器和执行器进行信号采集和输出；3. 掌握PID控制器的调节方法和参数优化。
二、实验装置和方法1. 实验装置：本次实验所使用的装置包括传感器、执行器、控制器和计算机等。
传感器用于采集系统的反馈信号，执行器用于输出控制信号，控制器则负责对输入信号进行处理和调节。
2. 实验方法：首先，我们需要搭建一个简单的控制系统，包括传感器、执行器和控制器。
然后，通过调节控制器的参数，使系统能够按照预定的要求进行运行。
最后，通过实验数据的采集和分析，对控制系统的性能进行评估和优化。
三、实验结果与分析在实验过程中，我们采集了系统的反馈信号和控制信号，并进行了数据分析和性能评估。
通过对实验数据的分析，我们可以得出以下结论：1. 控制器的参数对系统的性能有着重要的影响。
在实验中，我们通过调节控制器的参数，发现不同的参数设置会导致系统的响应速度、稳定性和抗干扰能力等方面的变化。
2. PID控制器是一种常用的控制器类型，它通过比例、积分和微分三个部分对输入信号进行调节。
在实验中，我们对PID控制器的参数进行了优化，使系统的性能得到了进一步提升。
3. 实际控制系统中，还存在着各种干扰和噪声。
在实验中，我们通过添加干扰信号和噪声信号，测试了系统的抗干扰和抗噪声能力。
通过对实验数据的分析，我们可以评估系统的鲁棒性和稳定性。
四、实验总结通过本次实验，我们深入了解了控制原理的基本概念和应用。
通过实际操作和数据分析，我们对控制系统的组成和工作原理有了更深入的理解。
控制工程实验报告
控制工程实验报告1. 引言控制工程是一门研究如何通过设计和操作系统来达到预期目标的学科。
实验是控制工程学习过程中重要的一部分，通过实验可以加深对控制理论的理解，提高实际操作能力。
本实验报告旨在总结和分析在进行控制工程实验时所遇到的问题和解决方法。
2. 实验背景本次实验旨在研究单输入单输出（SISO）的控制系统。
通过建模、设计和实施控制器，我们将探讨如何使系统达到期望的性能指标。
在实验过程中，我们使用了控制工程中常用的方法和工具，如PID控制器、校正方法和稳定性分析等。
3. 实验目标本实验的主要目标是设计一个PID控制器来控制一个特定的系统，使其满足给定的性能要求。
具体目标如下： - 理解PID控制器的原理和工作方式； - 利用实验数据建立系统的数学模型； - 利用系统模型设计优化的PID控制器； - 分析和评估实验结果，判断控制系统的稳定性和性能。
4. 实验过程实验分为以下几个步骤： ### 4.1 建立系统模型首先，我们需要对所控制的系统进行建模。
使用传感器收集系统的输入和输出数据，并通过系统辨识方法分析这些数据，得到系统的数学模型。
常用的辨识方法包括最小二乘法和频域分析法。
4.2 设计PID控制器基于系统模型的分析，我们可以设计PID控制器。
通过调整PID控制器的参数，如比例增益、积分时间常数和微分时间常数，我们可以优化控制系统的性能。
4.3 实施控制器将设计好的PID控制器实施到实际系统中。
在实验中，我们需要将传感器和控制器与被控对象连接，并配置合适的控制策略。
4.4 性能评估通过收集系统的输入和输出数据，并利用系统模型进行仿真和分析，我们可以评估控制系统的性能。
常见的评估指标包括超调量、上升时间和稳态误差等。
5. 实验结果与分析根据实验数据和分析结果，我们得到了以下结论： - PID控制器可以有效地控制被控对象，使其稳定在期望值附近； - 通过适当调整PID控制器的参数，我们可以优化控制系统的性能； - 预测模型与实际系统存在一定差异，可能需要进一步改进和校正。
北京科技大学计算机控制系统实验报告
北京科技大学计算机控制系统实验报告计算机控制技术课程实验报告书姓名：班级：学号：专业：学院：指导老师：孙昌国完成日期：2017年4月5日星期三实验一输入与输出通道1、实验目的（1）学习A/D 转换器原理及接口方法，并掌握ADC0809 芯片的使用；（2）学习D/A 转换器原理及接口方法，并掌握TLC7528 芯片的使用。
2、实验内容（1）编写实验程序，将－5V ~ +5V 的电压作为ADC0809 的模拟量输入，将转换所得的8 位数字量保存于变量中。
（2）编写实验程序，实现D/A 转换产生周期性三角波，并用示波器观察波形。
3、实验设备PC 机一台、TD-ACC+实验系统一套、i386EX 系统板一块4、实验原理与步骤4.1 A/D 转换实验原理根据实验内容的第一项要求，可以设计出如图1.1 所示的实验线路图。
单次阶跃模数转换单元控制计算机图1.1 A/D 转换实验线路图图1.1中，AD0809 的启动信号“STR”是由控制计算机定时输出方波来实现的。
“OUT1” 表示386EX 内部1＃定时器的输出端，定时器输出的方波周期等于定时器时常。
主程序流程如图1.2所示。
图1.2 主程序流程图4.2A/D转换实验步骤1)按图1.1接线，连接好后，仔细检查，无错误后开启设备电源。
2)装载完程序后，自行设置程序起点，将光标放在起点处，再通过调试菜单项中设置起点或者直接点击设置起点图标，即可将程序起点设在光标处。
3)加入变量监视，打开“设置”菜单项中的“变量监视”窗口或者直接点击“变量监视”图标，将程序中定义的全局变量“AD0～AD9”加入到变量监视中。
4)在主程序JMP AGAIN 语句处设置断点。
5)打开虚拟仪器菜单项中的万用表选项或者直接点击万用表图标，选择“电压档”用示波器单元中的“CH1”表笔测量图1.1中的模拟输入电压“Y”端，点击虚拟仪器中的“运行”按钮，调节图1.1 中的单次阶跃中的电位器，确定好模拟输入电压值。
实验二北京科技大学自控实验(3)
【自我实践4-1】某单位负反馈系统的开环传递函数()(1)(2)kG s s s s =++，求(1) 当k=4时，计算系统的增益裕度，相位裕度，在Bode 图上标注低频段斜率，高频段斜率及低频段、高频段的渐近相位角。
(2) 如果希望增益裕度为16dB ，求出响应的k 值，并验证。
(1)当K=4时>> num=[4]; den=[1,3,2,0]; G=tf(num,den)[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G) bode(num,den) gridtitle(′Bode Diagram of G(s)=4/[s(s+1)(s+2)] ′) G =4----------------- s^3 + 3 s^2 + 2 sContinuous -time transfer function.Gm =1.5000,Pm =11.4304,Wcg =1.4142,Wcp =1.1431 title(′Bode Diagram of G(s)=4/[s(s+1)(s+2)] ′)低频段斜率为-20dB/dec ，高频段斜率为-60dB/dec ，低频段渐近相位角为-90度，高频段的渐近相位角为-270度。
增益裕度GM=1.5000dB/dec ，相位裕度Pm=11.4304度 （2）当增益裕度为16dB 时，算得K=0.951,对应的伯德图为：>> num=[0.951]; den=[1,3,2,0]; G=tf(num,den)[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G) bode(num,den) gridtitle(′Bode Diagram of G(s)=4/[s(s+1)(s+2)] ′) G = 0.951 ----------------- s^3 + 3 s^2 + 2 sContinuous -time transfer function.Gm =6.3091,Pm =54.7839,Wcg =1.4142,Wcp =0.4276 title(′Bode Diagram ′)【自我实践4-2】系统开环传递函数()(0.51)(0.11)kG s s s s =++，试分析系统的稳定性。
控制系统实训实验报告
一、实验目的1. 了解控制系统的基本组成和原理。
2. 掌握控制系统调试和性能测试方法。
3. 培养动手能力和团队协作精神。
4. 熟悉相关实验设备和软件的使用。
二、实验原理控制系统是指通过某种方式对某个系统进行控制，使其按照预定的要求进行运行。
控制系统主要由控制器、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，通过调节输入信号，实现对被控对象的控制。
本实验主要研究PID控制系统的原理和应用。
三、实验仪器与设备1. 实验箱：用于搭建控制系统实验电路。
2. 数据采集卡：用于采集实验数据。
3. 计算机：用于运行实验软件和数据处理。
4. 实验软件：用于控制系统仿真和调试。
四、实验内容1. 控制系统搭建：根据实验要求，搭建PID控制系统实验电路，包括控制器、被控对象和反馈环节。
2. 控制系统调试：对搭建好的控制系统进行调试，包括控制器参数的整定、系统稳定性和响应速度的调整等。
3. 控制系统性能测试：对调试好的控制系统进行性能测试，包括系统稳定性、响应速度、超调量等指标。
4. 控制系统仿真：利用实验软件对控制系统进行仿真，分析系统在不同参数下的性能。
五、实验步骤1. 控制系统搭建：按照实验要求，连接控制器、被控对象和反馈环节，搭建PID控制系统实验电路。
2. 控制系统调试：根据实验要求，调整控制器参数，使系统达到预定的性能指标。
3. 控制系统性能测试：对调试好的控制系统进行性能测试，记录测试数据。
4. 控制系统仿真：利用实验软件对控制系统进行仿真，分析系统在不同参数下的性能。
六、实验结果与分析1. 控制系统搭建：成功搭建了PID控制系统实验电路。
2. 控制系统调试：通过调整控制器参数，使系统达到预定的性能指标。
3. 控制系统性能测试：系统稳定性、响应速度、超调量等指标均达到预期效果。
4. 控制系统仿真：仿真结果表明，系统在不同参数下具有良好的性能。
七、实验总结1. 通过本次实验，了解了控制系统的基本组成和原理。
北京科技大学控制网络技术实验
实验二最简网络互连一、实验目的1、掌握路由器命令行各种操作模式的区别，以及模式之间的切换；2、掌握路由器端口的常用配置参数；3、查看路由器系统和配置信息，掌握当前路由器的工作状态。
二、实验内容1、路由器的命令行操作；2、修改“网络实验”网卡的IP地址；3、给路由器接口配置IP地址。
三、实验所用仪表及设备R1762路由器（1台）、主机（2台）、直连线（2条），拓扑如下：四、实验步骤1、路由器基本配置命令熟悉在进行下面的实验之前首先预习《计算机网络实验指导书》中实验四----路由器基本配置实验，熟悉基本配置命令。
必须掌握的命令：●模式切换命令；●Show命令：show ip route，show interface，show running-config，showip interface brief等；●IP地址配置命令：ip address；●Ping命令；●No命令。
注意：在进行下面实验之前使用no命令清除所有已存在的配置。
2、线缆连接两个人一组，选择1台路由器，2台PC机，在配线架上找到两台PC机所对应的接口和路由器对应的接口，使用直连双绞线将两台PC机的接口和路由器的接口分别进行连接。
详细记录实验拓扑结构。
3、配置路由器IP地址配置路由器的f1/0以太网口地址为172.16.1.1 255.255.255.0；配置路由器的f1/1以太网口地址为10.0.0.1 255.0.0.0；R1762> enableR1762#show ip interface brief 查看端口命名及状态R1762# configure terminal 进入全局配置模式R1762 (config)# interface fastethernet 1/0 切换到端口模式R1762 (config-if)# ip address 172.16.1.1 255.255.255.0 给端口地址R1762(config-if)# no shutdown 开启端口（默认关闭）R1762(config-if)#exit 退回一级R1762 (config)# interface fastethernet 1/1R1762(config-if)# ip address 10.0.0.1 255.0.0.0R1762(config-if)# no shutdown4、PC机IP地址配置右键点击PC机上“网上邻居”，选择“属性”，找到“网络实验”，右键点击“属性”，选择“TCP/IP”，可配置IP地址和相应掩码。
电机及其运动控制实验报告-北京科技大学
电机及其运动控制实验报告学院自动化专业班级自班姓名学号 412成绩2015年1月实验一直流他励电动机机械特性一．实验目的了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性二．预习要点1．改变他励直流电动机械特性有哪些方法？2．他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？3．他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。
三．实验项目1．直流他励电动机机械特性。
2．回馈制动特性3. 自由停车及能耗制动。
4．反接制动。
四．实验设备及仪器1．NMEL系列电机系统教学实验台主控制屏。
2．电机导轨及转速表（MMEL-13）3．三相可调电阻900Ω（NMEL-03）4．三相可调电阻90Ω（NMEL-04）5．波形测试及开关板（NMEL-05B）6、直流电压、电流、毫安表（NMEL-06）7．电机起动箱（NMEL-09）五．实验方法及步骤1．直流他励电动机机械特性及回馈制动特性接线图如图1-1图中直流电压表V1为220V可调直流稳压电源（电枢电源）自带，V2为MEL-06上直流电压表，量程为300V；直流电流表mA1、A1分别为直流励磁及220V可调直流稳压电源自带毫安表、安培表；mA2、A2分别选用量程为200mA、5A的毫安表、安培表（NMEL-06）R1选用1800Ω欧姆电阻（NMEL-03两只900Ω电阻相串联）R2选用180欧姆电阻（NMEL-04中两90欧姆电阻相串联）R3选用3000Ω磁场调节电阻（NMEL-09）R4选用2250Ω电阻（用NMEL-03中两只900Ω电阻相并联再加上两只900Ω电阻相串联）开关S1、S2选用NMEL-05中的双刀双掷开关。
M为直流他励电动机M03，请抄写电机铭牌上的参数并填入下表中：表1-1U N I N n N P N U f I f220V 1.1A 1600rpm 185WG为直流发电机M12，请抄写电机铭牌上的参数并填入下表中：表1-2U N I N n N P N U f I f220V 0.55A 1500rpm 80W图1-1直流他励电动机机械特性实验线路图按图1-1接线，在开启电源前，检查开关、电阻的设置；（1）开关S1合向“1”端，S2合向“2”端。
自动控制原理课程设计报告-北京科技大学
北京科技大学自动控制原理课程设计学院：班级：学号：指导教师：姓名：目录一．引言 (3)二．系统模型的建立 (3)三．系统控制的优化 (3)3.1 PID调节参数的优化 (3)3.2 积分分离PID的应用 (3)四，结语 (3)双轮自平衡智能车行走伺服控制算法摘要：全国第八届“飞思卡尔”智能汽车大赛已经结束。
光电组使用大赛提供的D车模，双轮站立前进，相对于以前的四轮车，双轮车的控制复杂度大大增加。
行走过程中会遇到各种干扰，经过多次的实验，已经找到了一套能够控制双轮车的方法。
双轮机器人已经广泛用于城市作战，排爆，反恐，消防以及空间消防等领域。
实验使用单片机控制双电机的转速,达到了预期的效果。
关键词:自平衡;智能;控制算法Motion Servo Control Algorithm forDual Wheel Intelligent CarAbstract: The 8th freescale cup national Intelligent Car competition of has been end.The led team must used D car which has only 2tires.It is more difficult to control prefer to control A car which has 4tires.There is much interference on the track. A two-wheeled robots have been widely used in urban warfare, eod, counter-terrorism, fire control and space fire control and other fields。
We has searched a good ways to control it.We used MCU to control the speed of motors and get our gates.Key Words: balance by self; intelligent; control algorithm一．引言双轮自平衡车是智能汽车中一个重要的组成部分。
北京科技大学控制实验报告材料4
实验四 线性系统的频域分析一. 实验目的（1）熟练掌握运用MA TLAB 命令绘制控制系统伯德图的方法；（2）了解系统伯德图的一般规律及其频域指标的获取方法；（3）熟练掌握运用伯德图分析控制系统稳定性的方法；（4）设计超前校正环节并绘制Bode 图；（5）设计滞后校正环节并绘制Bode 图。
二. 实验原理及容1、频率特性函数)(ωj G 。
设线性系统传递函数为：nn n n m m m m a s a s a s a b s b s b s b s G ++⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅++=---1101110)( 则频率特性函数为：nn n n m m m m a j a j a j a b j b j b j b jw G ++⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅++=---)()()()()()()(1101110ωωωωωω 由下面的MATLAB 语句可直接求出G(jw)。
i=sqrt(-1) % 求取-1的平方根GW=polyval(num ，i*w)./polyval(den ，i*w)其中（num ，den ）为系统的传递函数模型。
而w 为频率点构成的向量，点右除（./）运算符表示操作元素点对点的运算。
从数值运算的角度来看，上述算法在系统的极点附近精度不会很理想，甚至出现无穷大值，运算结果是一系列复数返回到变量GW 中。
2、用MA TLAB 作伯德图控制系统工具箱里提供的bode()函数可以直接求取、绘制给定线性系统的伯德图。
当命令不包含左端返回变量时，函数运行后会在屏幕上直接画出伯德图。
如果命令表达式的左端含有返回变量，bode()函数计算出的幅值和相角将返回到相应的矩阵中，这时屏幕上不显示频率响应图。
命令的调用格式为：[mag,phase,w]=bode(num,den)[mag,phase,w]=bode(num,den,w)或[mag,phase,w]=bode(G)[mag,phase,w]=bode(G,w)矩阵mag 、phase 包含系统频率响应的幅值和相角，这些幅值和相角是在用户指定的频率点上计算得到的。
北京科技大学自动化实训报告
北京科技大学自动化生产线实训报告班级：姓名：学号：指导教师：日期：年月日目录1系统概述 (1)1.1实训对象 (1)1.2上位机软件 (1)1.3下位机 (2)1.4实训任务与目的 (4)1.5分组情况 (4)2方案设计依据、范围及相关标准 (5)2.1 S7-300 PLC主要特点 (5)2.2 组态王的特点 (5)2.3设计依据 (5)3.1 需求分析 (6)3.2 对象特性分析 (6)3.3 工艺流程分析 (7)3.4 系统安全分析 (8)4系统设计 (9)4.1 整体方案设计 (9)4.2 控制系统设计 (10)4.3 安全系统的设计 (10)4.4 控制系统管道仪表流程图 (11)5系统设备选择与系统连接 (12)5.1 系统设备选择 (12)5.2 系统连接 (15)6 实施效果 (18)6.1 操作说明 (18)6.2 监控画面 (18)6.3 响应曲线及性能分析 (20)7 经济效益分析 (21)8 实训总结 (22)8.1 目标，过程，结果等分析 (22)8.2 对实训的收获，要求和建议 (31)参考文献 (32)附录（程序） (32)1系统概述1.1实训对象基于S7-300 PLC的张力测量控制系统，通过对于纸张表面张力的感应反馈实现张力恒定的PID控制。
实验对象如图1所示：图1 纸张张力控制PID流程图纸张张力控制实验系统结构由如下各部分组成：1）张力传感器1、2：负责测量中间顶端部分的垂直张力。
本设备选择型号为WZZC-M1，20KG，0~200N 张力测量范围。
2）变频器1、2：负责电机转速大小的控制。
本设备选择型号为FR-D720S-0.75K-CHT，0~50HZ 变频调速，在外部控制模式（EXT）下PLC驱动变频器。
3）电机1、2：提供卷纸转动的动力（230V；1395r/s）4）张力信号放大器1、2：从张力传感器读取张力弱信号，输出标准模拟信号（0～10V或4～20mA）给PLC。
最新实验三、电机控制实验报告
最新实验三、电机控制实验报告实验目的：1. 理解并掌握电机控制系统的基本原理。
2. 学习电机启动、停止、正反转控制的方法。
3. 熟悉电机保护环节的设置和作用。
4. 掌握电机速度控制和位置控制的实验技能。
实验设备：1. 直流电机或交流电机。
2. 电机驱动器。
3. 控制电路板。
4. 电源。
5. 测量仪器（如电压表、电流表、转速表等）。
6. 连接导线和必要的保护元件。
实验原理：电机控制系统通常由控制单元、驱动单元和执行单元组成。
控制单元负责发出控制指令，驱动单元将控制信号转换为电机所需的电信号，执行单元即电机本身，根据电信号进行相应的动作。
本实验中，我们将通过改变控制信号来实现对电机的基本控制。
实验步骤：1. 准备工作：检查所有设备是否完好，确保电源电压符合要求。
2. 连接电路：按照实验指导书的电路图连接电机控制电路。
3. 启动电机：打开电源，逐步增加电机的供电电压，观察电机启动情况。
4. 正反转控制：切换控制信号，使电机实现正反转，并记录转速。
5. 速度控制：调整控制参数，改变电机转速，并记录不同速度下的电机表现。
6. 位置控制：设置电机转动角度，实现位置控制，并检查控制精度。
7. 保护环节测试：模拟电机过载、堵转等异常情况，验证保护环节的有效性。
8. 数据记录与分析：记录实验数据，分析电机控制效果，总结实验中的问题和改进措施。
实验结果：1. 电机启动和停止过程平稳，无异常噪声。
2. 正反转控制响应迅速，电机转动方向准确。
3. 速度控制实验中，电机转速能够在设定范围内精确调节。
4. 位置控制实验显示电机转动角度准确，误差在允许范围内。
5. 保护环节在模拟异常情况下能够及时动作，保护电机不受损害。
实验结论：通过本次实验，我们成功实现了对电机的基本控制操作，包括启动、停止、正反转、速度控制和位置控制。
实验结果表明，所设计的电机控制系统性能稳定，控制效果良好，满足实验要求。
同时，电机的保护环节能够有效地在异常情况下保护电机，确保系统的安全运行。
北京科技大学_计算机控制实验报告
《计算机控制技术》实验报告学院自动化学院专业班级自1303同组成员姓名学号2016年 6月目录实验一过程通道和数据采集处理 (3)一、输入与输出通道 (3)1. AD 转换实验` (4)2. DA 转换实验` (17)二、信号的采样与保持` (20)1. 零阶保持实验` (20)三、数字滤波 (24)1. 一阶惯性实验 (24)实验二开环系统的数字程序控制 (29)数字PWM 发生器和直流电机调速控制 (29)一、实验目的 (29)二、实验容` (29)三、实验所用仪表及设备 (29)四、实验原理及步骤 (29)五、思考题 (33)实验三数字PID闭环控制 (33)数字PID控制算法 (33)积分分离法PID控制 (34)简易工程法整定PID 参数 (41)扩充临界比例度法 (42)扩充响应曲线法 (43)实验一过程通道和数据采集处理为了实现计算机对生产过程或现场对象的控制，需要将对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机；经计算机运算、处理后，再转换成适合于对生产过程进行控制的量。
所以在微机和生产过程之间，必须设置信息的传递和变换的连接通道，该通道称为过程通道。
它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道。
模拟量输入通道：主要功能是将随时间连续变化的模拟输入信号变换成数字信号送入计算机，主要有多路转化器、采样保持器和A/D转换器等组成。
模拟量输出通道：它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号，主要有D/A 转换器和输出保持器组成。
数字量输入通道：控制系统中，以电平高低和开关通断等两位状态表示的信号称为数字量，这些数据可以作为设备的状态送往计算机。
数字量输出通道：有的执行机构需要开关量控制信号 (如步进电机)，计算机可以通过I/O 接口电路或者继电器的断开和闭合来控制。
输入与输出通道本实验教程主要介绍以A/D 和D/A 为主的模拟量输入输出通道，A/D 和D/A 的芯片非常多，这里主要介绍人们最常用的ADC0809 和TLC7528。
北京科技大学控制实验报告2
实验二用 MATLAB 建立传递函数模型一、实验目的（1）熟悉 MA TLAB 实验环境，掌握 MA TLAB 命令窗口的基本操作；（2）掌握 MA TLAB 建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法；（3）掌握使用 MA TLAB 命令化简模型基本连接的方法；（4）学会使用 Simulink 模型结构图化简复杂控制系统模型的方法。
二、实验原理及内容控制系统常用的数学模型有四种：传递函数模型（tf 对象）、零极点增益模型（zpk 对象）、结构框图模型和状态空间模型（ ss 对象）。
经典控制理论中数学模型一般使用前三种模型，状态空间模型属于现代控制理论范畴。
1、有理函数模型线性连续系统的传递函数模型可一般地表示为：G(s)b1 s m b2 s m 1b m s b m 1n m(1)s n a1s n 1a n 1 s a n将系统的分子和分母多项式的系数按降幂的方式以向量的形式输入给两个变量num和den ，就可以轻易地将传递函数模型输入到MATLAB环境中。
命令格式为：num[b1 ,b2 ,,b m ,b m 1 ] ;den[1,a1 , a2 ,,an 1, an];用函数 tf ( )来建立控制系统的传递函数模型，该函数的调用格式为：G＝ tf(num ， den);例 1一个简单的传递函数模型:G (s)s 542s33s24s 5s可以由下面的命令输入到 MATLAB工作空间中去。
>> num=[1 ， 2];den=[1 ， 2， 3， 4，5];G=tf(num ， den)运行结果：Transfer function:s + 2-----------------------------s^4 + 2 s^3 + 3 s^2 + 4 s + 5我的实验：>>num=[1,2];den=[1,2.3,4,5];G=tf(num,den) （2）（3）（4）Transfer function:s + 2-----------------------s^3 + 2.3 s^2 + 4 s + 5这时对象 G 可以用来描述给定的传递函数模型，作为其它函数调用的变量。
北京科技大学控制实验报告2
实验二 用MATLAB 建立传递函数模型一、实验目的（1）熟悉MATLAB 实验环境，掌握MATLAB 命令窗口的基本操作；（2）掌握MATLAB 建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法； （3）掌握使用MATLAB 命令化简模型基本连接的方法；（4）学会使用Simulink 模型结构图化简复杂控制系统模型的方法。
二、实验原理及容控制系统常用的数学模型有四种：传递函数模型（tf 对象）、零极点增益模型（zpk 对象）、结构框图模型和状态空间模型（ss 对象）。
经典控制理论中数学模型一般使用前三种模型，状态空间模型属于现代控制理论畴。
1、有理函数模型线性连续系统的传递函数模型可一般地表示为：m n a s a s a s b s b s b s b s G nn n n m m m m ≥++⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅++=--+- )(1111121 (1)将系统的分子和分母多项式的系数按降幂的方式以向量的形式输入给两个变量num 和den ，就可以轻易地将传递函数模型输入到MATLAB 环境中。
命令格式为：],,,,[121+⋅⋅⋅=m m b b b b num ; （2） ],,,,,1[121n n a a a a den -⋅⋅⋅=;（3）用函数tf ( ) 来建立控制系统的传递函数模型，该函数的调用格式为： G ＝tf(num ，den); （4） 例1 一个简单的传递函数模型:54325)(234+++++=s s s s s s G 可以由下面的命令输入到MATLAB 工作空间中去。
>> num=[1，2];den=[1，2，3，4，5]; G=tf(num ，den) 运行结果：Transfer function: s + 2----------------------------- s^4 + 2 s^3 + 3 s^2 + 4 s + 5 我的实验： >> num=[1,2]; den=[1,2.3,4,5]; G=tf(num,den)Transfer function: s + 2----------------------- s^3 + 2.3 s^2 + 4 s + 5这时对象G 可以用来描述给定的传递函数模型，作为其它函数调用的变量。
实验二北京科技大学自控实验 (4)
1．典型的二阶系统稳定性分析(1) 结构框图：如图1-1所示。
图1-1(2) 对应的模拟电路图：如图1-2所示。
图1-2(3) 理论分析系统开环传递函数为：G(s)=K1/[(T0S)(T1S+1)]开环增益：K=K1/T0(4) 实验内容先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。
在此实验中由图1-2，可以确定图1-1中的参数。
T0= 1s，T1=0.2s，K1=200/R,K=200/R系统闭环传递函数为：W( S)=K/(S²+5S+K)其中自然振荡角频率：wn=10√(10/R)；阻尼比：s= √(10R)/40。
2．典型的三阶系统稳定性分析(1) 结构框图：如图1-3所示。
图1-3(2) 模拟电路图：如图1-4所示。
图1-4(3) 理论分析系统的开环传函为:G(S)H(S)= (500/R)/[s(0.1s+1)(0.5s+1)]系统的特征方程为:1()()0G s H s+=。
(4) 实验内容实验前由Routh判断得Routh行列式为：S3 +12 S2 +20 S1 +20K = 0S31 20S212 20kS120-5k/3S0 20k为了保证系统稳定，第一列各值应为正数，因此可以确定系统稳定K值的范围：K<12时系统稳定系统临界稳定K：K=12时系统临界稳定系统不稳定K值的范围：K>12时系统不稳定10k响应曲线50k的响应曲线200k的响应曲线典型二阶系统瞬态性能指标实验测试值表1-1其中21eMp ζ-ζπ-=，2np 1t ζ-ωπ=，n s 4t ζω=，21p e 1)t (C ζ-ζπ-+=2）典型三阶系统在不同开环增益下的响应情况30k的响应曲线41.7k的响应曲线100k的响应曲线表1－3注意：在做实验前一定要进行对象整定，否则将会导致理论值和实际测量值相差较大。
北科大固态成型工艺原理与控制实验报告
固态成型工艺原理与控制实验报告一、实验目的：（一）材料成形极限图FLD绘制试验：（1观察坯料产生胀形变形后破裂或失稳时后表面状态，研究宽度变化对胀形后材料的影响；（2）学会应用刚性凸模胀形实验测量并计算薄板极限变形的方法；（3）学会材料成形极限图FLD的绘制方法。
（二）板料弯曲成型工艺试验：(1)观察并比较v形件在自由弯曲和校正弯曲时的回弹现象，了解控制回弹的方法；(2) 进行不同材质及同一材质不同厚度的弯曲实验，研究弯曲件机械性能及相对弯曲半径对回弹值的影响；(3)理论计算不同材质及不同规格下的弯曲回弹值，并与实际测量值进行比较，分析产生差异的原因。
二、实验原理：（一）板材成形极限图：（1）成形极限图（FLD）是板料在不同应变路径下的局部失稳极限应变e1和e2（工程应变）或 ε1和 ε2（真实应变）构成的条带形区域或曲线。
（2）FLD试验原理：刚性凸模胀形实验时，将一侧板面制有网格圆的试样置于凹摸与压边圈之间，利用压边力压牢试样材料，试样中部在凸模力作用下产生胀形变形并形成凸包，板面上的网格圆同时发生畸变成为近似的椭圆，当凸包上某个局部产生颈缩或破裂时，停止试验，测量颈缩部位或破裂部位(或这些部位附近)畸变网格圆的长轴和短轴尺寸，由此计算金属薄板板面上的极限应变。
（3）成形极限曲线的制作：1)制作网格(如下图所示)2)采用不同方法获得不同应变路径下的极限应变量。
采用不同宽度的试样：①目的：测定成形极限图左半部分（拉压变形区，即e1>0，e2>0或 ε1>0，ε2>0）各处不同的极限应变。
试样宽度差距越大，测定出的极限应变数值差异越大。
选择较多的宽度规格，有利于分散极限应变点的间距。
另外，辅助单向拉伸、液压胀形和平底圆柱凸模冲压成形等其他实验方法还可测定形极限图中的单向拉伸、等双拉和平面应变等应变路经下的极限应变特征点。
②对于同一尺寸规格和相同润滑条件的试样，进行3次以上有效重复实验。
控制原理实验报告
一、实验目的1. 理解控制原理的基本概念和基本方法；2. 掌握控制系统的分析和设计方法；3. 培养实验操作能力和数据处理能力。
二、实验原理控制原理是研究如何使系统按照既定的规律进行运动和变化的一门学科。
控制系统的基本组成包括控制器、被控对象和反馈环节。
本实验主要研究线性控制系统的稳定性、稳态误差和动态性能。
三、实验仪器与设备1. 控制系统实验箱；2. 示波器；3. 计算机及控制软件。
四、实验内容及步骤1. 系统稳定性分析（1）搭建实验系统：将控制系统实验箱中的被控对象和控制器按照实验要求连接，确保电路连接正确。
（2）进行实验：打开控制系统实验箱，启动计算机及控制软件，设置实验参数，进行系统稳定性分析。
（3）数据处理：观察示波器显示的波形，记录实验数据，分析系统稳定性。
2. 系统稳态误差分析（1）搭建实验系统：与稳定性分析实验相同。
（2）进行实验：设置实验参数，进行系统稳态误差分析。
（3）数据处理：观察示波器显示的波形，记录实验数据，分析系统稳态误差。
3. 系统动态性能分析（1）搭建实验系统：与稳定性分析实验相同。
（2）进行实验：设置实验参数，进行系统动态性能分析。
（3）数据处理：观察示波器显示的波形，记录实验数据，分析系统动态性能。
五、实验结果与分析1. 系统稳定性分析根据实验数据，绘制系统开环传递函数的波特图，分析系统稳定性。
通过比较实验数据与理论分析结果，验证控制系统的稳定性。
2. 系统稳态误差分析根据实验数据，计算系统稳态误差，分析系统稳态性能。
通过比较实验数据与理论分析结果，验证控制系统的稳态性能。
3. 系统动态性能分析根据实验数据，绘制系统阶跃响应曲线，分析系统动态性能。
通过比较实验数据与理论分析结果，验证控制系统的动态性能。
六、实验总结1. 通过本次实验，掌握了控制原理的基本概念和基本方法；2. 熟悉了控制系统实验箱的操作和实验步骤；3. 提高了实验操作能力和数据处理能力；4. 发现了理论分析与实际操作之间的差异，为今后的学习和工作积累了经验。
北科机控实习报告
一、实习背景为了使我对机械控制专业有更深入的了解，提高我的实际操作能力，北京科技大学机械控制专业组织了一次为期两周的实习活动。
此次实习于2022年7月15日至7月29日在某知名企业进行，我作为一名机械控制专业的学生，有幸参加了此次实习。
二、实习目的1. 了解机械控制专业的实际应用，提高自己的专业素养。
2. 培养自己的动手能力和团队合作精神。
3. 提高自己的沟通能力和问题解决能力。
4. 为今后的就业和职业发展打下坚实基础。
三、实习内容1. 实习单位简介此次实习的单位是一家专注于机械控制领域的企业，主要产品包括工业自动化设备、机器人等。
公司拥有先进的生产设备和技术，具备较强的研发实力。
2. 实习岗位及工作内容在实习期间，我担任了机械控制工程师助理的职务。
主要工作内容包括：（1）协助工程师进行机械控制系统的设计、调试和维护。
（2）学习机械控制系统的原理和结构，了解各种控制算法和传感器的工作原理。
（3）协助工程师进行现场设备调试，解决生产过程中出现的问题。
（4）参与团队讨论，提出自己的意见和建议。
3. 实习过程（1）第一阶段：熟悉工作环境和岗位职责在实习的第一周，我主要熟悉了公司的工作环境、同事和岗位职责。
通过和工程师的交流，我对机械控制专业在实际生产中的应用有了初步的了解。
（2）第二阶段：学习机械控制原理和结构在第二周，我开始学习机械控制系统的原理和结构。
通过查阅资料、请教工程师和实际操作，我对各种控制算法和传感器有了更深入的了解。
（3）第三阶段：参与现场设备调试在实习的第三周，我开始参与现场设备的调试工作。
在工程师的指导下，我学会了如何根据设备的技术参数进行调试，并解决了生产过程中出现的一些问题。
四、实习体会与收获1. 提高了自己的专业素养通过此次实习，我对机械控制专业有了更深入的了解，提高了自己的专业素养。
在实习过程中，我学会了如何将理论知识应用到实际工作中，为今后的学习和工作打下了坚实基础。
2. 增强了动手能力和团队合作精神在实习过程中，我积极参与现场设备的调试工作，提高了自己的动手能力。
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实验三 利用MATLAB 进行时域分析一、实验目的(1) 学会使用MA TLAB 编程绘制控制系统的单位阶跃响应曲线；(2) 研究二阶控制系统中，ξ、ωn 对系统动态特性和时域指标的影响；(3) 掌握准确读取动态特性指标的方法；(4) 分析二阶系统闭环极点和闭环零点对系统动态性能的影响；(5) 研究三阶系统单位阶跃响应及其动态性能指标与其闭环极点的关系；(6) 研究闭环极点和闭环零点对高阶系统动态性能的影响；(7) 了解高阶系统中主导极点与偶极子的作用；(8) 了解系统阶跃响应、脉冲响应和斜坡响应输出曲线之间的联系与差别。
二、实验原理及内容1. 求系统的特征根若已知系统的特征多项式D (s)，利用roots ( ) 函数可以求其特征根。
若已知系统的传递函数，利用eig ( ) 函数可以直接求出系统的特征根。
2、求系统的闭环根、ζ和ωn函数damp ( ) 可以计算出系统的闭环根、ζ和ωn 。
3、零极点分布图可利用pzmap()函数绘制连续系统的零、极点图，从而分析系统的稳定性，调用格式为： pzmap(num,den)【范例3-1】给定传递函数:2724364523)(2345234+++++++++=s s s s s s s s s s G 利用下列命令可自动打开一个图形窗口，显示该系统的零、极点分布图，如图3- 所示。
>> num=[3,2,5,4,6];den=[1,3,4,2,7,2];pzmap(num,den)title(¹Pole -Zero Map¹) % 图形标题。
图3- 1 MATLAB 函数零、极点分布图4、求系统的单位阶跃响应step ( ) 函数可以计算连续系统单位阶跃响应（impulse( ) 函数可以计算连续系统单位脉冲响应）：step (sys) 或step ( sys , t ) 或step (num , den)函数在当前图形窗口中直接绘制出系统的单位阶跃响应曲线，对象sys 可以由tf ( )，zpk( ) 函数中任何一个建立的系统模型。
第二种格式中t 可以指定一个仿真终止时间，也可以设置为一个时间矢量（如t ＝0 : dt : Tfinal ，即dt 是步长，Tfinal 是终止时刻）。
如果需要将输出结果返回到MA TLAB 工作空间中，则采用以下调用格式：c=step(sys)此时，屏上不会显示响应曲线，必须利用plot()命令查看响应曲线。
plot 可以根据两个或多个给定的向量绘制二维图形。
【范例3-2】已知传递函数为：25425)(2++=s s s G 利用以下MATLAB 命令可得阶跃响应曲线如图3- 所示。
>> num=[0,0,25];den=[1,4,25];step(num,den)grid % 绘制网格线。
title(¹Unit -Step Response of G(s)=25/(s^2+4s+25) ¹) % 图像标题图3- 2 MATLAB 绘制的响应曲线还可以用下面的语句来得出阶跃响应曲线>> G=tf([0,0,25],[1,4,25]);t=0:0.1:5; % 从0到5每隔0.1取一个值。
c=step(G,t); % 动态响应的幅值赋给变量cplot(t,c) % 绘二维图形，横坐标取t ，纵坐标取c 。
Css=dcgain(G) % 求取稳态值。
系统显示的图形类似于上一个例子，在命令窗口中显示了如下结果Css= 15、求阶跃响应的性能指标MATLAB 提供了强大的绘图计算功能，可以用多种方法求取系统的动态响应指标。
首先介绍一种最简单的方法――游动鼠标法。
对于例2，在程序运行完毕后，在曲线中空白区域，单击鼠标右键，在快捷菜单中选择”characteristics ”，包含：Peak response (峰值)； settling time (调节时间)；Rise time(上升时间)；steady state(稳态值)；在相应位置出现相应点，用鼠标单击后，相应性能值就显示出来。
用鼠标左键点击时域响应曲线任意一点，系统会自动跳出一个小方框，小方框显示了这一点的横坐标（时间）和纵坐标（幅值）。
这种方法简单易用，但同时应注意它不适用于用plot()命令画出的图形。
【自我实践1】若已知单位负反馈前向通道的传递函数为：2100()5G s s s=+，试作出其单位阶跃响应曲线，准确读出其动态性能指标，并记录数据。
另一种比较常用的方法就是用编程方式求取时域响应的各项性能指标。
与游动鼠标法相比，编程方法稍微复杂，但可以获取一些较为复杂的性能指标。
若将阶跃响应函数step( )获得系统输出量返回到变量y 中，可以调用如下格式[y,t]=step(G)该函数还同时返回了自动生成的时间变量t ，对返回变量y 和t 进行计算，可以得到时域性能指标。
① 峰值时间(timetopeak)可由以下命令获得：[Y ,k]=max(y);timetopeak=t(k)②最大(百分比)超调量(percentovershoot)可由以下命令得到：C=dcgain(G);[Y,k]=max(y);percentovershoot=100*(Y-C)/Cdcgain( )函数用于求取系统的终值。
③上升时间(risetime)可利用MA TLAB中控制语句编制M文件来获得。
要求出上升时间，可以用while语句编写以下程序得到：C=dcgain(G);n=1;while y(n)<Cn=n+1;endrisetime=t(n)在阶跃输入条件下，y 的值由零逐渐增大，当以上循环满足y=C时，退出循环，此时对应的时刻，即为上升时间。
对于输出无超调的系统响应，上升时间定义为输出从稳态值的10%上升到90%所需时间，则计算程序如下：C=dcgain(G);n=1;while y(n)<0.1*Cn=n+1;endm=1;while y(n)<0.9*Cm=m+1;endrisetime=t(m)-t(n)④调节时间(setllingtime)可由while语句编程得到：C=dcgain(G);i=length(t);while(y(i)>0.98*C)&(y(i)<1.02*C)i=i-1;endsetllingtime=t(i)用向量长度函数length( )可求得t序列的长度，将其设定为变量i的上限值。
自我检测1：>> G1=tf([0,0,100],[1,5,0]);G2=1;G=feedback(G1,G2)Transfer function:100---------------s^2 + 5 s + 100>> num=[0,0,100];>> den=[1,5,100];>> step(num,den)>> grid>> title('Unit-Step Response') >>上升时间：0.129s ；峰值时间：1.42s ；调节时间：1.41s ；超调：42% 稳态值：1【范例3-3】已知二阶系统传递函数为：)31)(31(3)(i s i s s G ++-+= 利用下面的stepanalysis.m 程序可得到阶跃响应如图3-及性能指标数据。
>> G=zpk([ ],[-1+3*i,-1-3*i ],3);% 计算最大峰值时间和超调量。
C=dcgain(G)[y,t]=step(G);plot(t,y)grid[Y,k]=max(y);timetopeak=t(k)percentovershoot=100*(Y -C)/C% 计算上升时间。
n=1;while y(n)<Cn=n+1;endrisetime=t(n)% 计算调节时间。
i=length(t);while(y(i)>0.98*C)&(y(i)<1.02*C)i=i-1;endsetllingtime=t(i)运行后的响应图如图3-，命令窗口中显示的结果为C =timetopeak =0.3000 1.0491percentovershoot =risetime =35.09140.6626setllingtime =3.5337图3-3 二阶系统阶跃响应用游动鼠标法求取此二阶系统的各项性能指标与本例是一致的。
6、分析ωn不变时，改变阻尼比ξ，观察闭环极点的变化及其阶跃响应的变化。
【自我实践2】二阶系统，ωn=10，当ξ＝0，0.25，0.5，0.75，1，1.25时，求对应系统的闭环极点、自然振荡频率及阶跃响应曲线；并分析ξ对系统性能的影响。
参考程序：阶跃响应曲线：自我实践2：>> num=100;i=0;for sigma = 0:0.25:1.25den = [1 2*sigma*10 100];damp(den)00.20.40.60.811.2 1.4 1.6 1.8200.20.40.60.811.21.41.61.82阻尼比不同时的阶跃响应曲线Time (sec)A m p l i t u d esys = tf(num,den);i=i+1;step(sys,2)hold onendEigenvalue Damping Freq. (rad/s)0.00e+000 + 1.00e+001i 0.00e+000 1.00e+001 0.00e+000 - 1.00e+001i 0.00e+000 1.00e+001Eigenvalue Damping Freq. (rad/s)-2.50e+000 + 9.68e+000i 2.50e-001 1.00e+001 -2.50e+000 - 9.68e+000i 2.50e-001 1.00e+001Eigenvalue Damping Freq. (rad/s)-5.00e+000 + 8.66e+000i 5.00e-001 1.00e+001 -5.00e+000 - 8.66e+000i 5.00e-001 1.00e+001Eigenvalue Damping Freq. (rad/s)-7.50e+000 + 6.61e+000i 7.50e-001 1.00e+001 -7.50e+000 - 6.61e+000i 7.50e-001 1.00e+001Eigenvalue Damping Freq. (rad/s)-1.00e+001 1.00e+000 1.00e+001-1.00e+001 1.00e+000 1.00e+001Eigenvalue Damping Freq. (rad/s)-2.00e+001 1.00e+000 2.00e+001-5.00e+000 1.00e+000 5.00e+000>> gridhold offtitle('阻尼比不同时的阶跃响应曲线')lab1='zunibi = 0';text(0.3,1.9,lab1),lab2='zunibi = 0.25';text(0.3,1.5,lab2),>> lab3='zunibi = 0.5';text(0.3,1.2,lab3),lab4='zunibi = 0.75';text(0,3,1.05,lab4),lab5='zunibi = 1';text(0,35,0.9,lab5),lab6='zunibi = 1.25';text(0,35,0.8,lab6)>>ωn不变时，改变阻尼比ξ，当ξ>1时，系统为过阻尼系统，系统的阶跃响应为非震荡过程，瞬态特性为单调变化曲线，无超调和震荡；当0<ξ<1时，系统为欠阻尼系统，系统的阶跃响应为非震荡过程，ξ越小，超调量越大，震荡次数越多，调节时间越长。