自控实验1
自动控制原理实验资料
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 Ks 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--。
自动控制原理实验一
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+
答：传递函数的相角始终大于零，a>1。
3．你能解释校正后系统的瞬态响应变快的原因吗？
答：由于实际控制系统具有惯性、摩擦、阻尼等原因。
表3-1
参数
项目
Mp(%)
Ts(s)
阶 跃 响 应 曲 线
未校正
0.6
4
校正后
0.125
0.42
实验四 控制系统的频率特性
一、被测系统的方块图及原理：
图4—1 被测系统方块图
关 系
单位阶跃响应
理想阶跃响应曲线
实测阶跃响应曲线
惯性
K=
T=R1C
μo(t)=
K(1-e-t/T)
R1=
250K
Ro=
250K
C=
1μF
C=
2μF
I
T=RoC
μo(t)=
Ro=
200K
C=
1μF
C=
2μF
PI
K=
T=RoC
μo(t)=K+
R1=
100K
Ro=
200K
C=
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。
自动控制原理实验报告 (1)
实验1 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。
实验原理：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。
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。
实验内容及步骤实验内容：观测比例、惯性和积分环节的阶跃响应曲线。
实验步骤：分别按比例，惯性和积分实验电路原理图连线，完成相关参数设置，运行。
①按各典型环节的模拟电路图将线接好(先接比例)。
(PID先不接)②将模拟电路输入端(U i)与阶跃信号的输出端Y相连接；模拟电路的输出端(Uo)接至示波器。
③按下按钮(或松开按钮)SP时，用示波器观测输出端的实际响应曲线Uo(t)，且将结果记下。
改变比例参数，重新观测结果。
④同理得积分和惯性环节的实际响应曲线，它们的理想曲线和实际响应曲线。
实验数据实验二控制系统典型环节的模拟实验（二）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。
实验仪器1．自动控制系统实验箱一台2．计算机一台实验原理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。
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。
实验内容及步骤内容：观测PI，PD和PID环节的阶跃响应曲线。
步骤：分别按PI，PD和PID实验电路原理图连线，完成相关参数设置，运行①按各典型环节的模拟电路图将线接好。
自动控制原理实验（1）
实验一 典型环节的电路模拟一、实验目的1．熟悉THKKL-5型 控制理论·计算机控制技术实验箱及“THKKL-5”软件的使用； 2．熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；3．测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。
二、实验设备1．THKKL-5型 控制理论·计算机控制技术实验箱；2．PC 机一台(含“THKKL-5”软件)、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线。
三、实验内容1．设计并组建各典型环节的模拟电路；2．测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响。
四、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。
熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析十分有益。
本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图 如图1-1所示。
图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。
1．比例（P ）环节比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。
图1-1 它的传递函数与方框图分别为：KS U S U S G i O ==)()()(当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K 时的响应曲线如图1-2所示。
2．积分（I ）环节 图1-2积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。
它的传递函数与方框图分别为：设U i (S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T 时的响应曲线如图1-3所示。
TsS U S U s G i O 1)()()(==图1-33．比例积分(PI)环节比例积分环节的传递函数与方框图分别为：)11(11)()()(21211212CS R R R CS R R R CS R CS R S U S U s G i O +=+=+==其中T=R 2C ，K=R 2/R 1设U i (S)为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为1、积分系数为T 时的PI 输出响应曲线。
自动控制原理实验(1)
实验一 典型环节的电路模拟一、实验目的1．熟悉THKKL-5型 控制理论·计算机控制技术实验箱及“THKKL-5”软件的使用； 2．熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；3．测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。
二、实验设备1．THKKL-5型 控制理论·计算机控制技术实验箱；2．PC 机一台(含“THKKL-5”软件)、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线。
三、实验内容1．设计并组建各典型环节的模拟电路；2．测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响。
四、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。
熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析十分有益。
本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图 如图1-1所示。
图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。
1．比例（P ）环节比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。
图1-1 它的传递函数与方框图分别为：KS U S U S G i O ==)()()(当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K 时的响应曲线如图1-2所示。
2．积分（I ）环节 图1-2积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。
它的传递函数与方框图分别为：设U i (S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T 时的响应曲线如图1-3所示。
TsS U S Us G i O1)()()(==图1-33．比例积分(PI)环节比例积分环节的传递函数与方框图分别为：)11(11)()()(21211212CSR R R CSR R R CSR CS R S U S U s G i O +=+=+==其中T=R 2C ，K=R 2/R 1设U i (S)为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为1、积分系数为T 时的PI 输出响应曲线。
最新自控实验报告实验一
最新自控实验报告实验一实验目的：1. 理解并掌握自控系统的基本原理和工作机制。
2. 学习如何搭建和调试简单的自控实验系统。
3. 通过实验数据分析，加深对控制系统性能指标的认识。
实验设备：1. 自动控制实验台一套，包括控制器、执行器、传感器等。
2. 计算机及相关软件，用于数据采集和分析。
3. 标准测试物件，如测试质量块、固定支架等。
实验步骤：1. 根据实验要求，搭建自控系统。
包括安装传感器，连接执行器，设置控制器参数等。
2. 使用计算机软件对系统进行初步的参数设置和校准。
3. 开始实验，记录系统在不同输入下的响应数据。
4. 分析数据，绘制系统响应曲线，如阶跃响应、频率响应等。
5. 根据实验结果调整系统参数，优化系统性能。
6. 重复实验，验证参数调整的效果。
实验结果：1. 系统响应时间：记录并报告系统从接收控制信号到达到稳定状态所需的时间。
2. 稳态误差：分析系统在稳态工作时的误差情况。
3. 过渡过程：描述系统从初始状态到最终状态的过渡过程，包括超调量、振荡次数等。
4. 频率响应：绘制并分析系统频率响应曲线，评估系统的频率特性。
实验结论：1. 通过本次实验，验证了自控系统的基本原理和设计要求。
2. 实验数据显示，系统具有良好的动态响应和稳定性能。
3. 参数调整对系统性能有显著影响，合理的参数设置可以优化系统性能。
4. 实验中遇到的问题及解决方案，如系统过调、振荡等，均已得到妥善处理。
建议与展望：1. 对于未来的实验，建议增加更复杂的控制算法，如PID控制、模糊控制等，以进一步提高系统性能。
2. 可以考虑引入更多的干扰因素，以测试系统在非理想条件下的鲁棒性。
3. 建议对实验设备进行升级，以便进行更高精度和更复杂系统的实验研究。
自控原理实验报告实验一
自控原理实验报告实验一
《自控原理实验报告实验一》
自控原理是一种重要的控制理论，它在工程、生物学、心理学等领域都有着广
泛的应用。
在本次实验中，我们将通过实验一来探索自控原理的基本概念和应用。
实验一的目的是通过控制系统的搭建和实验验证，来理解自控原理的基本原理。
在实验中，我们将使用一台简单的控制系统，通过调节输入信号和反馈信号的
关系，来实现对系统的自控。
首先，我们搭建了一个简单的控制系统，包括一个输入信号发生器、一个控制
器和一个被控对象。
通过调节输入信号发生器的输出信号，我们可以改变被控
对象的状态。
而控制器则根据被控对象的状态和预设的目标状态，来调节输入
信号的大小，从而实现对被控对象的自控。
在实验过程中，我们进行了多组实验，通过改变输入信号的频率、幅值和相位
等参数，来观察被控对象的响应。
同时，我们也调节了控制器的参数，来验证
自控原理的稳定性和鲁棒性。
通过实验一的实验结果，我们得出了一些结论。
首先，我们发现控制系统的稳
定性和鲁棒性与控制器的参数设置有着密切的关系。
合理的参数设置可以使控
制系统更加稳定和鲁棒。
其次，我们也验证了自控原理中的负反馈和正反馈的
概念，并通过实验结果来解释这些概念的作用和影响。
总的来说，实验一为我们提供了一个很好的机会来理解自控原理的基本概念和
应用。
通过实验，我们不仅加深了对自控原理的理解，同时也学会了如何通过
控制系统来实现对被控对象的自控。
这对于我们今后在工程、生物学、心理学
等领域的研究和应用都具有着重要的意义。
自控原理实验报告 实验一
自动控制原理实验报告一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试学院姓名班级学号日期一、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：∅(S)=C(S)R(S)=KTS+1模拟运算电路如图1- 1所示：图1- 1由图1-1得U0(S)U i(S)=R2/R1R2CS+1=KTS+1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：0.25s、0.5s、1s2．二阶系统:其传递函数为：ϕ(S)=C(S)R(S)=ωn2S+2ζωn S+ωn令ωn=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R 4R 3=R 4C 2=12ξ及 ξ=12R 4C 2s T 理论及σ%理论由公式21-e %ξπξσ-=和）（8.05.3T ns <=ξξω及）（8.07.145.6T ns ≥-=ξωξ计算得到。
ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1，ζ=0.707四、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。
自控实验1-2
3.1 实验1 自动控制系统典型环节的模拟一、实验目的1.熟悉典型环节的数学模型与元部件物理性质的关系；2.了解典型环节的模拟方法；3.深入理解各典型环节阶跃响应的特点，掌握各典型环节的静动态特性。
二、实验原理、内容及步骤自动控制系统是由许多元部件有机组合构成的，但具有相同数学模型（如传递函数）的元部件称为环节，而具有代表性的环节称为典型环节。
因此实际的自动控制系统就是由许多典型环节组成的。
用直流运算放大器引入深度负反馈组成的单元模拟典型环节，研究其阶跃响应，对深刻理解各典型环节的物理属性和特性本质及其在系统中所起的作用是至关重要的。
典型环节的方块图及传递函数如表3.1.1所示。
表3.1.1典型环节的方块图及传递函数另外，比例积分（PI）和比例积分微分（PID）也是自控系统中的常用的典型环节，其方框图和传递函数如表3.1.2所示。
表 3.1.2 其它常用典型环节实验内容：1. 在实验箱上模拟各种典型环节；2.观测各典型环节的阶跃响应及其特征； 3. 改变环节的参数，观测阶跃响应的变化。
实验步骤：1. 将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT ），作为系统的信号输入（Ui ）；该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。
将“S ST ”跳针用短路套短接，并调节信号周期和幅度满足实验要求。
2. 按照图3.1.1—图3.1.6，安置短路套、联线，构造各典型环节的模拟电路。
图3.1.1 典型比例环节电路图图3.1.2典型惯性环节电路图图3.1.3典型比例微分环节电路图图3.1.4典型积分环节电路图图3.1.5典型比例积分环节电路图图3.1.6典型比例积分微分环节电路图3.观测各典型环节的阶跃响应：将环节输入端（Ui）与函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT）相连，环节的输出端（Uo）接至示波器，示波器选择X1档，用示波器观测环节的输出响应曲线uo(t)，并做好记录；4.按照表3.1.2-3.1.5，改变环节的参数，观测响应曲线的变化，并做好记录。
自控实验[1]
![自控实验[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/8140de7102768e9951e7384a.png)
实验一自动控制系统实验箱的使用及Matlab控制工具箱的使用一、预习要求1、查阅模拟电子技术基础，掌握由集成运放电路组成的积分运算电路和微分运算电路原理。
2、了解Matlab控制工具箱基础知识（上网查阅、图书馆资料）。
二、实验目的1、掌握自动控制系统模拟实验的基本原理和基本方法。
2、熟悉Matlab控制工具箱的基本用法。
三、实验仪器1、EL-AT-Ⅲ型自动控制系统试验箱一台。
2、计算机一台。
四、实验内容1、自动控制原理实验箱的硬件资源EL-AT-Ⅲ型自动控制系统试验箱面板主要由计算机、AD/DA采集卡、自动控制原理实验箱组成，其中计算机根据不同的实验分别起信号产生、测量、显示、系统控制和数据处理的作用，打印机主要记录各种实验数据和结果，实验箱主要用于构造被控模拟对象。
（1）本实验系统有八组放大器、电阻、电容组成的实验模块。
每个模块中都有一个uA741构成的放大器和若干个电阻、电容。
通过对这七个实验模块的灵活组合可构造出各种形式和阶次的模拟环节和控制系统。
（2）二极管、电阻、电容区（3） AD/DA卡输入输出模块该区域是引出AD/DA卡的输入输出端，一共引出两路输出端和两路输入端，分别是DA1、DA2, AD1、AD2。
20针的插座用来和控制对象连接。
（4）电源模块电源模块有一个实验箱电源开关，有四个开关电源提供的DC电源端子，分别是+12V、-12V、+5V、GND，这些端子给外扩模块提供电源。
（5）変阻箱、变容箱模块通过按动数字旁边的“+”、“-”按钮便可调节电阻电容的值，而且电阻电容值可以直接读出。
2、自动控制原理实验软件说明（1）软件启动在windows桌面上或“开始—程序”中双击“自动控制理论”，启动软件如图1-1所示。
QQ截图（2）实验前计算机与实验箱的连接用实验箱自带的USB线将实验箱后面的USB口与计算机的USB口连接。
（3）软件使用说明本套软件界面共分为两组画面。
A．软件说明和实验指导书画面，如图1-2所示。
自动控制理论实验
自动控制理论实验实验一典型环节的时域响应学号：姓名：实验一 典型环节的时域响应一、实验目的1. 掌握典型环节模拟电路的构成方法，传递函数及输出时域函数的表达式。
2. 熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。
3. 了解各项参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、 实验设备Pc 机一台，TD-ACC+教学实验系统一套三、 实验原理及内容1. 比例环节1) 结构框图图1-1 比例环节的结构框图2) 传递函数K S C S R =)()( 3) 阶跃响应K t C =)( )0(≥t 其中 01/R R K =4)模拟电路图1-2 比例环节的模拟电路图5)阶跃响应i.R0=200k R1=100k输入方波幅值4.615V，输出方波幅值2.307V，实测比例放大倍数和理论值一致。
ii.R0=200k R1=200k输入方波幅值3.897V ，输出方波幅值3.927V ，实测比例放大倍数和理论值在误差允许范围内。
2. 积分环节1) 结构框图图1-3 积分环节的结构框图2) 传递函数TSS C S R 1)()(=3) 阶跃响应t Tt C 1)(=)0(≥t 其中 C R T 0= 4) 模拟电路图1-4 积分的模拟电路图5)阶跃响应i.R0=200kΩC=1uF积分时间常数T=200ms，理论值T=200ms，实测值和理论值结果一致。
ii.R0=200kΩC=2uF积分时间常数T=406.3ms ，理论值T=400ms ，实测值和理论值结果接近。
3. 比例积分环节1) 结构框图图1-5 比例积分环节的结构框图2) 传递函数TSK S C S R 1)()(+=3) 阶跃响应t TK t C 1)(+= )0(≥t 其中 01/R R K = ；C R T 0= 4) 模拟电路图1-6 比例积分环节的模拟电路图5)阶跃响应i.R0=200k R1=200k C=1u积分时间常数T=203.1ms，理论值T=200ms，实测值和理论值结果接近。
自控实验报告
实验一典型环节的模拟研究一．实验目的：1.研究典型环节的特性，学习典型环节的电模拟方法。
2.熟悉实验设备的性能和操作。
二．各典型环节的方块图及传函三．实验内容及步骤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。
改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，观测结果，填入实验报告运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究中的相应实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。
具体用法参见用户手册中的示波器部分。
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图1-1所示。
图1-1 典型比例环节模拟电路 传递函数：01(S)(S)(S)R R K K U U G i O === ； 单位阶跃响应： K )t (U = 实验步骤：注：‘S ST ’用短路套短接！（1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT ），作为系统的信号输入（Ui ）；该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。
① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中‘矩形波’（矩形波指示灯亮）。
② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度＞1秒（D1单元左显示）。
③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 4V （D1单元右显示）。
（2）构造模拟电路：按图1-1安置短路套及测孔联线，表如下。
（a ）安置短路套 （b ）测孔联线（3）运行、观察、记录：打开虚拟示波器的界面，点击开始，观测A5B 输出端（Uo ）的实际响应曲线。
示波器的截图详见虚拟示波器的使用。
实验报告要求：按下表改变图1-1所示的被测系统比例系数，观测结果，填入实验报告。
2)．观察惯性环节的阶跃响应曲线典型惯性环节模拟电路如图1-2所示。
图1-2 典型惯性环节模拟电路 传递函数：C R T R R K TSK U U G i O 1011(S)(S)(S)==+== 单位阶跃响应：)1()(0T te K t U --=实验步骤：注：‘S ST ’用短路套短接！（1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT ），作为系统的信号输入（Ui ）；该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。
自控实验报告实验一
实验一 典型环节的MATLAB 仿真一、实验目的1．熟悉MATLAB 桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。
2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。
3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验内容按下列各典型环节的传递函数，建立相应的SIMULINK 仿真模型，观察并记录其单位阶跃响应波形。
① 比例环节1)(1=s G 和2)(1=s G ；② 惯性环节11)(1+=s s G 和15.01)(2+=s s G ③ 积分环节ss G 1)(1= ④ 微分环节s s G =)(1⑤ 比例+微分环节（PD ）2)(1+=s s G 和1)(2+=s s G⑥ 比例+积分环节（PI ）s s G 11)(1+=和ss G 211)(2+= 三、实验报告1．画出各典型环节的SIMULINK 仿真模型。
2. 记录各环节的单位阶跃响应波形，并分析参数对响应曲线的影响。
3. 写出实验的心得与体会。
一、比例环节1)(1=s G 和2)(1=s G ；1)(1=s G 2)(1=s G1)(1=s G 2)(1=s G结果分析：由以上阶跃响应波形图知，比例环节使得输出量与输入量成正比，既无失真也无延迟，响应速度快，能对输入立即作出响应，因此系统易受外界干扰信号的影响，从而导致系统不稳定。
2、惯性环节11)(1+=s s G 和15.01)(2+=s s G11)(1+=s s G 15.01)(2+=s s G11)(1+=s s G 15.01)(2+=s s G 结果分析：由以上单位阶跃响应波形图知，惯性环节使得输出波形在开始时以指数曲线上升，上升速度与时间常数（惯性环节中s 的系数）有关。
三、积分环节ss G 1)(1=和()21/2G s s =ss G 1)(1= ()21/2G s s =s s G 1)(1= ()21/2G s s = 结果分析：由上图的单位阶跃响应波形图知，微分环节的输出反映了输入信号的变化速度，即微分环节能预示输入信号的变化趋势，但是若输入为一定值，则输出为零。
自动控制原理实验1-6
⾃动控制原理实验1-6实验⼀MATLAB 仿真基础⼀、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、实验设备和仪器 1．计算机；2. MATLAB 软件三、实验原理函数tf ( ) 来建⽴控制系统的传递函数模型，⽤函数printsys ( ) 来输出控制系统的函数，⽤函数命令zpk ( ) 来建⽴系统的零极点增益模型，其函数调⽤格式为：sys = zpk ( z, p, k )零极点模型转换为多项式模型[num , den] = zp2tf ( z, p, k ) 多项式模型转化为零极点模型 [z , p , k] = tf2zp ( num, den )两个环节反馈连接后，其等效传递函数可⽤feedback ( ) 函数求得。
则feedback （）函数调⽤格式为： sys = feedback（sys1, sys2, sign ）其中sign 是反馈极性，sign 缺省时，默认为负反馈，sign ＝-1；正反馈时，sign ＝1；单位反馈时，sys2＝1，且不能省略。
四、实验内容：1.已知系统传递函数，建⽴传递函数模型2.已知系统传递函数，建⽴零极点增益模型3．将多项式模型转化为零极点模型12s 2s s 3s (s)23++++=G )12()1()76()2(5)(3322++++++=s s s s s s s s G 12s 2s s 3s (s)23++++=G )12()1()76()2(5)(3322++++++=s s s s s s s s G4. 已知系统前向通道的传递函数反馈通道的传递函数求负反馈闭环传递函数5、⽤系统Simulink 模型结构图化简控制系统模型已知系统结构图，求系统闭环传递函数。
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。
自控实验1：典型环节的电路模拟
实验报告课程名称：自动控制原理实验名称：典型环节的电路模拟院（系）：能源与环境学院专业：热能与动力工程姓名：谭强学号：03009224实验时间：2011 年10 月26日评定成绩：审阅教师：一、画出各典型环节的实验电路图，并注明参数。
1.比例（P）环节图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。
若比例系数K=1时，电路中的参数取：R1=100K , R2=100K；若比例系数K=2时，电路中的参数取：R1=100K , R2=200K。
2.积分（I）环节图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。
若积分时间常数T=1S时，电路中的参数取：R=100K , C=10uF （T=RC=100K*10uF=1）；若积分时间常数T=0.1S时，电路中的参数取：R=100K，C=1uF （T=RC=100K*1uF=0.1）。
3.比例积分（PI）环节图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。
若取比例系数K=1、积分时间常数T=1S时，电路中的参数取：R1=100K,R2=100K，C=10uF（K=R2/R1=1，T=R1C=100K*10uF=1S）；若取比例系数K=1，积分时间常数T=0.1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=1uF（K=R2/R1=1，T=R1C=100K*1uF=0.1S）。
4.比例微分(PD)环节图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。
若比例系数K=1、微分时间常数T=1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C=10uF（K=R2/R1=1，T=R1C=100K*10uF=1S）；若比例系数K=0.5S、微分时间常数T=1S时，电路中的参数取：R1=200K,R2=100K,C=10uF(K=R2/R1=0.5,T=R1C=100K*10uF=1S)。
5.惯性环节图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。
若比例系数K=1、时间常数T=1S时，电路中的参数取：R1=100K,R2=100K,C=10uF(K=R2/R1=1,T=R2C=100K*10uF=1);若比例系数K=1，时间常数T=2S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=200K ，C=10uF （K=R2/R1=2，T=R2C=200K*10uF=2） 二、 写出各典型环节的传递函数和方框图 1. 比例（P ）环节 KS U S US G i O==)()()(2. 积分（I ）环节3. 比例积分（PI ）环节4. 比例微分（PD ）环节)1()1()(112CS R R R TS K s G +=+= 其中CR T R R K D 112,/==5. 惯性环节TsS U S U s G i O 1)()()(==)11(11)()()(21211212CSR R R CSR R R CSR CS R S U S U s G i O +=+=+==1)()()(+==TS K S U S U s G iO三, 根据测得的典型环节单位阶跃响应曲线，分析参数变化对动态特性的影响1.比例环节：（1）若比例系数K=1时，电路中的参数取：R1=100K , R2=100K：（2）若比例系数K=2时，电路中的参数取：R1=100K , R2=200K分析：由于是比例环节，参数的变化对于动态特性没有影响。
自控原理实验报告1
自动控制原理实验——第一次实验姓名：乔佳楠班级：06110901学号：20091419一、实验目的了解MATLAB在自动控制原理课程中的应用，学习MATLAB的基本使用方法。
通过上机实验操作学习线性系统的分析与设计，学习传递函数的描述方法，自控系统结构框图的模型表示以及线性系统的时域分析。
其中本节重点掌握结构框图中的串联，并联和反馈结构的模型表示方法，并能正确分析不同结构模型之间的关系。
二、实验要求运用MATLAB软件解决下列三个问题，并绘制出每个函数的单位阶跃响应图像，标出其上升时间，过渡过程时间，计算出超调量。
三、实验内容1．给出下列两个函数，分别求出在串联，并联和反馈结构中的系统传递函数，并画出阶跃响应曲线，标出上升时间，过渡过程时间以及超调量。
①G1=tf(10,[1,2,3]) ②G2=tf(1,[1,2])Step1:串联结构，即G=G1*G2>> G1=tf(10,[1,2,3]);>> G2=tf(1,[1,2]);>> G=series(G1,G2)Transfer function:10---------------------s^3 + 4 s^2 + 7 s + 6>> step(G)起调量：（1.77-1.66）/1.66*100%=6.63% 上升时间： 2.97 sec过渡过程时间：5.89 secStep2:并联结构，即G=G1+G2>> G1=tf(10,[1,2,3]);>> G2=tf(1,[1,2]);>> G=parallel(G1,G2)Transfer function:s^2 + 12 s + 23---------------------s^3 + 4 s^2 + 7 s + 6>> step(G)起调量：（4.19-3.83）/3.83*100%=9.40% 上升时间： 2.23 sec过渡过程时间：5.78 secStep3：反馈结构，即G=G1/(1+G1G2)>> G1=tf(10,[1,2,3]);>> G2=tf(1,[1,2]);>> G=feedback(G1,G2,-1)Transfer function:10 s + 20----------------------s^3 + 4 s^2 + 7 s + 16 >> step(G)起调量：（2.25-1.25）/1.25*100%=80.0%上升时间： 1.29 sec过渡过程时间：16.7 sec2.根据系统的结构框图，求出系统总的传递函数。
自控实验1--典型环节的模拟研究
自控实验1--典型环节的模拟研究本实验旨在模拟实际控制系统中的典型环节，包括比例、积分、微分控制器以及PID控制器。
通过建立相应的数学模型，以及使用MATLAB进行仿真，实现对这些控制器的性能分析和比较。
一、比例环节的模拟研究比例控制器的输出信号与输入信号成比例关系，即 u(t) = Kp e(t)，其中Kp为比例增益，e(t)为误差信号。
本实验中，我们需要模拟一个比例环节，并进行性能分析。
首先，建立比例环节的数学模型：$$ u(t) = Kp e(t) $$其中，u(t)为控制器的输出信号，e(t)为控制器的输入信号，Kp为比例增益。
然后，使用MATLAB进行仿真，进行性能分析。
我们可以通过改变比例增益Kp的值，观察系统的响应特性。
例如，当Kp取不同的值时，系统的阶跃响应如图1所示。
（见下图）从图1中可以看出，当Kp越大时，控制系统越快速地收敛到稳态。
但是，当Kp过大时，系统会产生超调，导致系统不稳定。
因此，在实际应用中需要根据实际情况选择合适的比例增益Kp。
积分控制器输出信号是误差信号的积分，可用于消除稳态误差。
积分环节的数学模型为：例如，当一个理想的步变输入信号被输入到一个只包含积分环节的控制器中时，系统的响应如图2所示。
从图2中可以看出，在理想情况下，积分控制器可以消除稳态误差。
但是，如果系统中存在噪声或者干扰，则积分控制器会放大这些干扰信号，甚至会导致系统不稳定。
因此，在实际应用中要谨慎选择积分增益。
微分控制器可以根据误差的变化率对系统进行控制。
微分环节的数学模型为：其中，u(t)为控制器的输出信号，e(t)为控制器的输入信号，Kd为微分增益。
然后，使用MATLAB进行仿真，进行性能分析。
我们可以比较微分控制器与比例、积分控制器的性能优劣。
四、PID控制器的模拟研究PID控制器是一种常用的控制器，组合了比例、积分、微分环节，可用于想要同时消除稳态误差和快速响应的系统中。
PID控制器的数学模型为：$$ u(t) = Kp e(t) + Ki \int_{0}^{t} e(\tau)d\tau + Kd \frac{de(t)}{dt} $$从图4中可以看出，PID控制器可以快速响应，且具有较小的超调和稳态误差。
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实验报告
课程名称：___自动控制理论实验____________指导老师：_ 吴越__
_成绩：实验名称： 典型环节的模拟电路 实验类型：_ __________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理
六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
实验1 典型环节的模拟电路
一. 实验目的
1.熟悉慢扫描示波器的性能和使用方法；
2.掌握典型环节的电模拟方法及其参数测试方法；
3.测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响。
二，实验内容
1，了解双线示波器的使用方法和性能；
2，画出测试电路图及典型环节的模拟电路图； 3，观察并记录s 5.0/1s G =）（环节的动态波形，)1/(2s 1+=s G ）（和)15.0/(1s 2+=s G ）（；积分环节：s s G s s G 5.0/1)(2/1)(1==和比例积分环节s s G s S G 5.0/12)(2/11)(1+=+=和；观察并记录比例积分微分环节的动态波形。
三，实验仪器设备
1.电子模拟实验装置一台
2.超低频慢扫描示波器一台
3.万用表一只
四，实验原理
本实验采用复合网络来模拟各种典型环节，即是设置运算放大器不同的输入网络和反馈网络来模拟各种典型环节,根据实域等效电路来求各典型环节的等效模拟电路电路。
五，实验数据记录
1.(1))1/(2s 1+=s G ）（对应R3=1000K,R2=500K,C=1UF
阶跃脉冲为+4.5V输入时，稳定输出值为-9.0V，时间τ=2.0S (2),)1
=s
G）
（:
2+
s
/(
5.0
1
R3=500k，R2=500K,C=1UF
输入阶跃脉冲为+4.5V时，稳定输出值为-4.5V，时间常数τ=1.0s
实验报告
课程名称：___自动控制理论实验____________指导老师：_ 吴越__
_成绩：实验名称： 典型环节的模拟电路 实验类型：_ __________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理
六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
2,(1),积分环节
R=1M,C=1UF
积分环节，输入为+4.5V 的阶跃脉冲，输出积分最大值为-22.5V ，积分时间为7.0S
(2)，积分环节s 5.0/1s G ）
（
R=500K,C=1UF
输入为+4.5V的阶跃脉冲，积分输出最大值为-28.5V，积分时间5.0S
4,(1)，比例积分微分环节的电路图和动态波形
R1=R2=200k,R3=5K,C1=1UF,C2=10UF
输入为脉冲+4.5V，在零时刻有一个冲击响应，，然后进行积分，积分起点为-28.0V积分输出最大值为-28.0V，积分时间为2.0S
实验报告课程名称：___自动控制理论实验____________指导老师：_ 吴越__
_成绩：
实验名称：典型环节的模拟电路实验类型：_ __________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
(2).R1=R2=R3=200K,C1=1UF,C2=10UF
输入仍为脉冲+4.5v，输出脉冲电压为-28.0V
六，实验结果分析
1，惯性环节)1
/(
2
(+
=s
S
G）
由于R2=2R1，所以稳定时的电压是Uin的2倍，而方向相反，所以为-7.0v,时间啊常数为RC=2s，测量值为2.0s，相对误差为0%。
)1
5.0
/(
1
)
(+
=S
S
G,R1=R2，所以稳定时（电容为断路），有UO=Uin，方向相反，测量值为-4.5V，相对误差为0%，时间常数RC=1.0s，测量值为1.0s，相对误差为0%.
2,积分环节S
S
G/1
)
(=
积分电流为1/1M=1uA,所以积分时间理论值应为7.5s，实际测量值，积分最大值为-22.5V，误差为0%，时间为7.0s，相对误差为7.1%。
S
S
G5.0/1
)
(=,R=500K，积分电流为2uA,理论积分最大值为-28.0v,积分时间为5.0s,实际测量值为积分最大电压-28.5V，误差为1.8%,积分时间为5.0s，相对误差为0%
3比例积分微分环节
)]
1
/
2
3
2
1
1
/1
1
1
/)2
3
1
2
[(
)
(R
S
C
R
R
S
C
R
C
R
C
R
C
R
S
G+
+
+
-
=
将R1=R2=200K,R3=5K,C1=1UF,C2=10UF
G(S)=-(1.002+5/S+0.05S) 其中有一个冲激0.05S，其次为有积分起点的比例积分函数. 将R1=R2=R3=200K,C1=1UF,C2=10UF代入得
G(S)=-(2+5/S+2S)，所得为一个近似阶跃脉冲的输出。
七，思考题
1.运算放大器模拟各环节的传递函数是在什么情况下推导的？
答：虚短条件。
2，积分环节和惯性环节主要差别是什么？惯性环节在什么情况下可以近似为积分环节？在什么条件下课近似为比例环节？
答：积分环节是输出立即线性改变，惯性环节有个过渡过程。
当时间常数很大的时候过渡过程就可视为线性变化，近似为积分环节当时间常数很小即是过渡过程很短，忽略不计。
3，如何从阶跃响应的输出波形中测出惯性环节的时间常数？
答：以零时刻为原点，当电压变为稳定值的0.63倍的时候的时间即视为时间常数
八，实验心得
1.电容式储能元件，使用完要再次使用时要先对其进行放电处理
2.阶跃响应的输入不宜过大，否则会烧坏运算放大器。
3.部分仪器器件可能存在问题，需耐心调整或更换，慢慢调出所需波形。