自动控制原理实验教案2
自动控制原理电子教案-第二章
第一节 概论 第二节 机理分析建模方法 第三节 拉氏变换和传递函数 第四节 典型环节的动态特性 第五节 系统方框图等效变换和信号流图 第六节 实验建模方法 第七节 PID 控制器
第一节
控制系统数学模型的定义
概论
揭示系统各变量内在联系的数学表达式和关系图表
数学模型的类型
2 M d y f dy f dx 2 y x K dt K dt K dt
y
2.2.2.1 建模举例---机械系统
4). 机械转动系统
已知: 转动惯量 J , 转矩 T , 摩擦系数 f , 转角 . 求: 系统动态方程式. 解: T 根据牛顿第二定律 J
(2)
解: 根据物质守恒定律 和流量近似公式
Q2 K1 H1 H 2
(3)
Q3 K 2 H 2
中间变量为 Q2, Q3, H1, 由(2),(4) dH 2 1 Q2 K 2 H 2 dt F2 dH 2 K 2 H 2 Q2 或 F2 dt
(4)
(5)
2.2.2.3 建模举例---液力系统
Le
1
at
0
e e dt e
at st 0
a s t
1 dt sa
1 L e at s a
2.3.1.2 典型函数的拉氏变换(续)
4）正弦函数的拉氏变换
x(t ) sin t
0
t0
Lx(t ) sin t e st dt 1 jt e e jt e st dt 0 2j 1 1 1 s j s j s 2 2 2j
《自动控制原理》实验2(线性系统时域响应分析)
实验二 线性系统时域响应分析一、实验目的1．熟练掌握step( )函数和impulse( )函数的使用方法，研究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。
2．通过响应曲线观测特征参量ζ和n ω对二阶系统性能的影响。
二、基础知识及MATLAB 函数（一）基础知识时域分析法直接在时间域中对系统进行分析，可以提供系统时间响应的全部信息，具有直观、准确的特点。
为了研究控制系统的时域特性，经常采用瞬态响应（如阶跃响应、脉冲响应和斜坡响应）。
本次实验从分析系统的性能指标出发，给出了在MATLAB 环境下获取系统时域响应和分析系统的动态性能和稳态性能的方法。
用MATLAB 求系统的瞬态响应时，将传递函数的分子、分母多项式的系数分别以s 的降幂排列写为两个数组num 、den 。
由于控制系统分子的阶次m 一般小于其分母的阶次n ，所以num 中的数组元素与分子多项式系数之间自右向左逐次对齐，不足部分用零补齐，缺项系数也用零补上。
1．用MATLAB 求控制系统的瞬态响应1）阶跃响应 求系统阶跃响应的指令有：step(num,den) 时间向量t 的范围由软件自动设定，阶跃响应曲线随即绘出step(num,den,t) 时间向量t 的范围可以由人工给定（例如t=0:0.1:10）[y ，x]=step(num,den) 返回变量y 为输出向量，x 为状态向量在MATLAB 程序中，先定义num,den 数组，并调用上述指令，即可生成单位阶跃输入信号下的阶跃响应曲线图。
考虑下列系统：25425)()(2++=s s s R s C 该系统可以表示为两个数组，每一个数组由相应的多项式系数组成，并且以s的降幂排列。
则MATLAB 的调用语句：num=[0 0 25]; %定义分子多项式 den=[1 4 25]; %定义分母多项式step(num,den) %调用阶跃响应函数求取单位阶跃响应曲线grid %画网格标度线 xlabel(‘t/s’),ylabel(‘c(t)’) %给坐标轴加上说明 title(‘Unit -step Respinse of G(s)=25/(s^2+4s+25)’) %给图形加上标题名 则该单位阶跃响应曲线如图2-1所示：为了在图形屏幕上书写文本，可以用text 命令在图上的任何位置加标注。
自动控制系统实验教案
一、实验目的1. 理解自动控制系统的原理和组成；2. 熟悉自动控制系统的实验方法和步骤；3. 掌握自动控制系统的分析和设计方法；4. 培养实验操作能力和团队协作精神。
二、实验原理1. 自动控制系统的基本原理：根据输入信号和系统状态，通过控制器对系统进行调节，使系统输出满足期望值。
2. 自动控制系统的组成：控制器、被控对象、反馈环节、输入输出环节等。
3. 自动控制系统的分类：线性控制系统、非线性控制系统、离散控制系统、连续控制系统等。
4. 自动控制系统的性能指标：稳态性能、动态性能、鲁棒性能等。
三、实验设备与器材1. 实验台：自动控制系统实验台；2. 控制器：模拟控制器、数字控制器；3. 被控对象：电机、Servo 电机、液体阻尼器等；4. 传感器：位置传感器、速度传感器、压力传感器等；5. 信号发生器：正弦信号发生器、方波信号发生器；6. 示波器、数字万用表、频率分析仪等实验仪器。
四、实验内容与步骤1. 实验一：模拟控制系统基本原理验证（1）搭建模拟控制系统实验台；（2）给定输入信号，观察系统输出；（3）调整控制器参数，观察系统性能变化。
2. 实验二：数字控制系统基本原理验证（1）搭建数字控制系统实验台；（2）给定输入信号，观察系统输出；（3）调整控制器参数，观察系统性能变化。
3. 实验三：PID 控制器参数调整与优化（1）搭建PID 控制器实验台；（2）给定输入信号，观察系统输出；（3）调整PID 控制器参数，使系统性能达到最佳。
4. 实验四：自动控制系统鲁棒性分析（1）搭建鲁棒性分析实验台；（2）给定输入信号，观察系统输出；（3）改变系统参数，观察系统性能变化。
5. 实验五：自动控制系统建模与仿真（1）利用数学软件建立系统模型；（2）进行系统仿真，观察系统性能；（3）对比实验结果，分析建模与仿真的准确性。
五、实验要求与评价1. 实验要求：（1）按时完成实验任务；（2）认真观察实验现象，记录实验数据；2. 实验评价：（1）实验操作规范性；（2）实验数据准确性；（3）实验报告完整性；（4）实验分析深入程度。
《自动控制原理》实验教案
（3）振荡环节（二阶系统）：当r(t)=1V时，分别设置ξ=0.1,0.5,0.707,1观察输出波形，读出并记录各ξ值时的超调量σp%和过渡过程时间ts(取Δ=0.05)，并绘制ξ=0.1、0.5、0.707、1四种情况时的输出波形。
90
教学重点与难点
重点：验证一阶系统的比例环节、积分环节、惯性环节的响应特性和二阶系统的振荡环节响应特性；对比各每种响应曲线与理论内容的相同点与不同点。
难点：二阶系统振荡环节，在四种不同阻尼比情况下的输出响应。
教学手段
回顾课堂理论讲授内容+实际电路模拟验证
参考资料
《自动控制原理》实验指导书
报告要求
（1）写明实验内容及一切原始数据，测试数据及波形图；
要求：通过该实验，写出被测系统传递函数；整理实验数据，在直角坐标纸上做出被测系统的频率特性，在半对数坐标纸上做出被测系统的对数幅频特性和相频特性；参考相频特性，对对数幅频特性采取折线近似，从而确定出被测系统的参数（转折频率、阻尼比、开环放大倍数）与实验时所设置的原始数据进行比较。
实验教学设计
课时分配（分）
示波器 一台
数字万用表 一块
所需的消耗性器材：电线，电池，插针，探头
10
3.简单提问预习的部分内容，给出预习成绩；
5
3.讲述实验：
（1）简单回顾与该实验内容相关的课堂讲授的基本原理
（2）实验内容及操作步骤
（3）实验注意事项
（4）实验报告要求
15
4.学生操作，教师巡回检查辅导：
（1）比例环节：当r(t)=1V时，观测不同的比例系数K时的输出波形，并作记录（以下记录波形时均这样处理。绘制曲线时，应将输入输出信号绘制于同一坐标系中，标示出相应参数）；
《自动控制原理》实验教案
《自动控制原理》武汉工程大学电气信息学院2012年11月25日《自动控制原理》实验说明一、实验条件要求硬件：个人计算机；软件：MATLAB仿真软件(版本6.5或以上)。
带上课用教材和纸笔二、实验内容实验1 认识MATLAB实验2 基于MATLAB的控制系统建模实验3 基于MATLAB的控制系统时域及稳定性分析实验4 基于MATLAB的控制系统频域及根轨迹分析三、实验报告要求说明认真阅读教材，深刻理解和掌握自动控制原理的基本概念和原理，掌握利用MATLAB对控制系统进行仿真分析和设计。
针对每个命令，查看帮助文件，加强练习，认真完成实验报告。
实验1 认识MATLAB一、实验目的1.了解MA TLAB的发展过程及MATLAB在自动控制中的用途。
2.掌握MA TLAB的基本指令。
二、实验要求实验前复习教材中的相关内容，做好实验预习报告。
三、实验内容及步骤1.MA TLAB的基本操作(1) MATLAB命令窗口计算机安装好MATLAB之后，双击MA TLAB图标，即进入命令窗口，此时意味着系统处于准备接受命令的状态，可以在命令窗口中直接输入命令语句。
MATLAB语句形式为：》变量= 表达式但键入回车时，该语句被执行。
该语句执行之后，窗口自动显示出执行语句的结果。
如果不希望结果显示在命令窗口，只需要在该语句之后加一个分号“；”即可。
此时尽管没有显示结果，但它依然被赋值并在MATLAB的工作空间中分配了内存。
注意：a.用方向键和控制键可以编辑修改已输入的命令。
b.用命令窗口的分页输出“more off”表示不允许分页；“more on”表示允许分页；“more(n)”指定每页输出的页数。
c.多行命令为“…”。
(2)变量变量的名字必须以字母开头，之后可以是任意字母、数字或下划线；变量名称区分字母的大小写；变量中不能包含标点符号。
MATLAB规定了一些特殊的变量，如果没有特别定义，将其表示为默认值。
(3)数值显示格式任何MATLAB语句执行的结果都可以显示在屏幕上，同时赋值给指定的变量；没有指定变量时，赋值给一个特殊的变量“ans”。
自动控制系统实验教案
自动控制系统实验教案一、实验目的1. 理解自动控制系统的原理和组成；2. 掌握自动控制系统的分析和设计方法；3. 熟悉自动控制系统的实验操作和调试技巧；4. 培养学生动手能力和团队协作精神。
二、实验原理1. 自动控制系统的基本概念：系统、输入、输出、反馈、控制目标等；2. 自动控制系统的分类：线性系统、非线性系统、时间不变系统、时变系统等；3. 自动控制系统的数学模型：差分方程、微分方程、传递函数、状态空间表示等；4. 自动控制器的设计方法：PID控制、模糊控制、自适应控制等。
三、实验设备与器材1. 实验台：自动控制系统实验台；2. 控制器：可编程逻辑控制器（PLC）、微控制器（MCU）等；3. 传感器：温度传感器、压力传感器、流量传感器等；4. 执行器：电动机、电磁阀、伺服阀等；5. 信号发生器：函数发生器、任意波形发生器等；6. 示波器、频率分析仪等测试仪器。
四、实验内容与步骤1. 实验一：自动控制系统的基本原理与组成（1）了解自动控制系统实验台的基本结构；（2）学习自动控制系统的原理和组成；（3）分析实验台上的控制系统。
2. 实验二：线性系统的时域分析（1）根据实验要求，搭建线性系统实验电路；（2）利用信号发生器和示波器进行实验数据的采集；（3）分析实验数据，得出系统特性。
3. 实验三：线性系统的频域分析（1）搭建线性系统实验电路，并连接频率分析仪；（2）进行频域实验，采集频率响应数据；（3）分析频率响应数据，得出系统特性。
4. 实验四：PID控制器的设计与调试（1）学习PID控制原理；（2）根据系统特性，设计PID控制器参数；（3）搭建PID控制实验电路，并进行调试。
5. 实验五：模糊控制器的设计与调试（1）学习模糊控制原理；（2）根据系统特性，设计模糊控制器参数；（3）搭建模糊控制实验电路，并进行调试。
五、实验要求与评价2. 实验操作：熟悉实验设备的操作，正确进行实验；3. 数据处理：能够正确采集、处理实验数据；4. 分析与总结：对实验结果进行分析，得出合理结论；5. 课堂讨论：积极参与课堂讨论，分享实验心得。
自动控制原理教案
自动控制原理教案经典控制部分第一章控制理论一般概念3学时 (2)第二章控制系统的数学模型9学时 (6)第三章控制系统的时域分析10学时 (15)第五章频率特性12学时 (26)第六章控制系统的校正与设计8学时 (36)第七章非线性系统8学时 (40)第八章离散控制系统8学时 (45)第一章控制理论一般概念3学时1．本章的教学要求1）使学生了解控制工程研究的主要内容、控制理论的发展、控制理论在工程中的应用及控制理论的学习方法等内容，认识本学科在国民经济建设中的重要作用，从而明确学习本课程的目的。
2）使学生深入理解控制系统的基本工作原理、开环闭环和复合控制系统、闭环控制系统的基本组成等内容，学会利用所学控制原理分析控制系统。
3）使学生学会控制系统的基本分类方法，4）掌握对控制系统的基本要求。
2．本章讲授的重点本章讲授的重点是控制系统的基本概念、反馈控制原理、控制系统的的基本分类方法及对控制系统的基本要求。
3．本章的教学安排本课程讲授3个学时，复习学时3个。
演示《自动控制技术与人类进步》及《自动化的应用举例》幻灯片，加深同学对本课程研究对象和内容的了解，加深对反馈控制原理及系统参数对系统性能影响的理解。
[教案1-1]第一节概述1．教学主要内容：本讲主要介绍控制工程研究的主要内容、控制理论的发展、控制理论在工程中的应用及控制理论的学习方法等内容。
2．讲授方法及讲授重点：本讲首先介绍控制工程研究的主要内容，给出定义，并以瓦特发明的蒸汽机离心调速器为例，说明需要用控制理论解决控制系统的稳定、准确、快速等问题。
其次，在讲授控制理论的发展时，主要介绍控制理论的发展的三个主要阶段，重点说明经典控制理论、现代控制理论研究的范围、研究的手段，强调本课程重点介绍经典控制理论。
另外，在介绍控制理论在工程中的应用时，应举出控制理论在军事、数控机床、加工中心、机器人、机电一体化系统、动态测试、机械动力系统性能分析、液压系统的动态特性分析、生产过程控制等方面的应用及与后续课的关系，激发同学的学习兴趣。
《自动控制原理》实验指导书2
G(S)H(S)= （2-15）
式中R的单位为KΩ，比较式（2-14）和（2-15）得
T0=1，T1=0.1
T2=0.51，K=510/R(2-16)
系统的特征方程为1+G(S)H(S)=0，由式（2-14）可得到
S(T1S+1)(T2S+1)+K=0
展开得到
T1T2 +(T1+T2) +S+K=0(2-17)
2．CAE98；
3．万用表。
=
其中： =
无阻尼自然频率和阻尼比：
，
1．选定R，C，Rf值，使 ，ξ=0.2；
2．用CAE98的正弦波作为系统的输入信号，即x(t)=XSin t，稳态时其响应为y(t)=Ysin( t+φ)；
3．改变输入信号的频率，使角频率 分别等于（或接近等于）0.2，0.4，0.6，0.8，0.9，1.0，1.2，1.4，1.6，2.0，3.0rad/s，稳态时，记录屏幕显示的正弦输入x(t)=XSint和正弦输出响应y(t)=Ysin( t+φ)。记录曲线序号依次记作 ；
2、零极点对控制系统性能的影响
已知传递函数为 ,1) 分别求加入附加零点分别为-2,-1,-0.4时,系统的单位阶跃响应;2) 分别求加入附加极点分别为-1.5,-0.6,-0.4时,系统的单位阶跃响应.
3、稳态误差
已知3个系统的开环传递函数分别为 , , ,请分别计算这3个系统对单位阶跃和单位斜坡信号的响应并计算稳态误差.
二、实验要求：
1、观测不同参数下二阶系统的阶跃响应并测出性能指标：超调量MP，峰值时间tp,调节时间ts。
2、观测增益对典型三阶系统稳定性的影响。
自动控制系统实验教案
自动控制系统实验教案一、实验目的1. 理解自动控制系统的原理和组成；2. 熟悉常见自动控制器的结构和功能；3. 掌握自动控制系统的设计和调试方法；4. 培养动手能力和实验技能。
二、实验原理1. 自动控制系统的基本概念：系统、输入、输出、反馈、闭环、开环等；2. 自动控制器的分类：比例控制器、积分控制器、微分控制器、PID控制器等；3. 自动控制系统的设计方法：频率域设计、时域设计、状态空间设计等；4. 自动控制系统的稳定性分析：闭环系统、开环系统、李雅普诺夫稳定性定理等。
三、实验设备与器材1. 实验台：自动控制系统实验台；2. 控制器：比例控制器、积分控制器、微分控制器、PID控制器等；3. 传感器：温度传感器、压力传感器、流量传感器等；4. 执行器：电动机、电磁阀、调节阀等；5. 仪器仪表：示波器、信号发生器、万用表等。
四、实验内容与步骤1. 实验一：比例控制器实验a. 了解比例控制器的工作原理；b. 搭建比例控制器实验电路；c. 调试比例控制器，观察控制效果；2. 实验二：积分控制器实验a. 了解积分控制器的工作原理；b. 搭建积分控制器实验电路；c. 调试积分控制器，观察控制效果；3. 实验三：微分控制器实验a. 了解微分控制器的工作原理；b. 搭建微分控制器实验电路；c. 调试微分控制器，观察控制效果；4. 实验四：PID控制器实验a. 了解PID控制器的工作原理；b. 搭建PID控制器实验电路；c. 调试PID控制器，观察控制效果；5. 实验五：自动控制系统稳定性分析a. 了解闭环系统稳定性分析方法；b. 搭建实验电路，进行稳定性分析；c. 改变系统参数，观察稳定性变化；五、实验要求与评价1. 实验要求：a. 按时完成实验任务；b. 正确操作实验设备，注意安全；c. 认真观察实验现象，记录实验数据；2. 实验评价：a. 实验操作的正确性；b. 实验数据的准确性；c. 实验分析的深入程度；六、实验六：模拟工业过程控制1. 目的：学习工业过程控制的基本原理。
自动控制原理教案
自动控制原理-教案一、课程简介1.1 课程背景自动控制原理是工程技术和科学研究中的重要基础，广泛应用于工业、农业、医疗、航空航天等领域。
本课程旨在介绍自动控制的基本理论、方法和应用，使学生掌握自动控制系统的基本原理和设计方法，具备分析和解决自动控制问题的能力。
1.2 教学目标（1）理解自动控制的基本概念、原理和分类；（2）掌握线性系统的数学模型建立和求解方法；（3）熟悉系统的稳定性、瞬态和稳态性能分析；（4）学会设计简单的线性控制器；（5）了解自动控制技术的应用和发展趋势。
二、教学内容2.1 自动控制的基本概念（1）自动控制系统的定义和分类；（2）自动控制系统的组成和基本环节；（3）自动控制系统的性能指标。
2.2 线性系统的数学模型（1）连续时间线性系统的数学模型；（2）离散时间线性系统的数学模型；（3）系统的状态空间表示。
2.3 系统的稳定性分析（1）连续时间线性系统的稳定性；（2）离散时间线性系统的稳定性；（3）系统稳定性的判定方法。
2.4 系统的瞬态和稳态性能分析（1）连续时间线性系统的瞬态响应；（2）离散时间线性系统的瞬态响应；（3）系统的稳态性能分析。
2.5 控制器的设计方法（1）PID控制器的设计；（2）状态反馈控制器的设计；（3）观测器的设计。
三、教学方法3.1 讲授法通过课堂讲授，系统地介绍自动控制原理的基本概念、理论和方法。
3.2 案例分析法通过分析实际案例，使学生更好地理解自动控制系统的原理和应用。
3.3 实验法安排实验课程，让学生亲自动手进行实验，培养实际操作能力和问题解决能力。
3.4 讨论法组织学生进行课堂讨论，促进学生思考和交流，提高分析和解决问题的能力。
四、教学评估4.1 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况、实验报告等，占总成绩的30%。
4.2 期中考试通过期中考试检验学生对自动控制原理的基本概念、理论和方法的掌握程度，占总成绩的30%。
4.3 期末考试通过期末考试全面评估学生对自动控制原理的掌握程度，占总成绩的40%。
自动控制系统实验教案
自动控制系统实验教案一、实验目的1. 理解自动控制系统的原理和组成；2. 熟悉常见自动控制器的结构和功能；3. 掌握自动控制系统的设计方法和调试技巧；4. 培养动手能力和团队协作精神。
二、实验原理1. 自动控制系统的基本原理：根据给定的目标和条件，自动调节系统的输入和输出，使输出量达到期望值。
2. 自动控制系统的组成：控制器、被控对象、传感器、执行器等。
3. 常见自动控制器：PID控制器、模糊控制器、自适应控制器等。
4. 自动控制系统的设计方法：系统建模、系统分析、控制器设计、系统仿真等。
三、实验设备与材料1. 实验台：自动控制系统实验台；2. 控制器：PID控制器、模糊控制器等；3. 被控对象：电机、温度控制器等；4. 传感器：温度传感器、速度传感器等；5. 执行器：电机、电磁阀等；6. 实验软件：MATLAB/Simulink。
四、实验内容与步骤1. 实验一：PID控制器原理及应用（1）了解PID控制器的结构和工作原理；（2）通过实验台调试PID控制器，使被控对象达到期望输出；（3）分析PID控制器参数对系统性能的影响。
2. 实验二：模糊控制器原理及应用（1）了解模糊控制器的结构和工作原理；（2）通过实验台调试模糊控制器，使被控对象达到期望输出；（3）分析模糊控制器参数对系统性能的影响。
3. 实验三：自适应控制器原理及应用（1）了解自适应控制器的结构和工作原理；（2）通过实验台调试自适应控制器，使被控对象达到期望输出；（3）分析自适应控制器参数对系统性能的影响。
4. 实验四：自动控制系统设计及仿真（1）根据实际应用场景，选择合适的自动控制器；（2）利用MATLAB/Simulink进行系统建模和仿真；（3）调试系统，使输出量达到期望值。
5. 实验五：自动控制系统调试与优化（1）针对已设计的自动控制系统，进行实际运行调试；（2）分析系统运行过程中的问题和不足；（3）优化控制器参数，提高系统性能。
自动控制原理实验02
实验二、线性系统的根轨迹法1. 设单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)=K/(s*(s+1)*(s+5)), （1）绘制系统的根轨迹，并将手工绘制结果与实验绘制结果比较；clf>> num=1;>> den=conv([1 1 0],[1 5]);>> rlocus(num,den)（2）从实验结果上观察系统稳定的K值范围；由图可知K值范围为0~29.9（3）用simulink环境观察系统临界稳定时的单位阶跃响应。
2.设单位反馈控制系统的开环传递函数为G(s)=K*(s+3)/(s*(s+1)*(s+2));（1）仿照上题绘制系统的根轨迹，并判断系统的稳定性;clf>> num=[1 3];>> den=conv([1 1 0],[1 2]);>> rlocus(num,den)由图知，该系统始终保持稳定.（2）分别取K=5 和K=50,利用simulink环境观察系统的单位阶跃响应，并比实验结果。
K=5时，该系统呈现欠阻尼状态，阻尼系数接近于1。
K=50时，该系统呈现欠阻尼状态，阻尼系数接近于0.3.完成教材第四章习题4-7，4-8，4-10（1）习题4-7，已知开环传递函数为K/(s(s+4)(s^2+4s+20));试概略画出其闭环系统根轨迹图。
clf>> num=1;>> den=conv([1 4 0],[1 4 20]);>> rlocus(num,den)该系统K值范围为0~260时系统稳定。
（2）习题4-8，已知开环传递函数为K(s+2)/((s^2+4s+9)^2)；试概略画出其闭环系统根轨迹图。
clf>> num=[1 2];>> den=conv([1 4 9],[1 4 9]);>> rlocus(num,den)该系统K值范围为0~95.6时稳定。
自动控制原理理论篇第二版教学设计 (2)
自动控制原理理论篇第二版教学设计一. 教学背景自动控制原理作为现代自动化控制方向的一门核心课程，是培养自动化控制人才的基础课程。
在工科类的控制领域，自动控制原理是全方位的基础知识。
通过学习本课程，学生应该能够掌握基本的自动控制原理，例如控制回路的设计、系统稳态、系统动态分析等方面的知识，更进一步能够利用这些知识来解决实际控制问题。
二. 教学目标1. 知识目标•掌握基本的控制原理和方法。
•熟悉常见的控制系统的设计和分析方法。
•能够分析和解决一些简单的控制系统问题。
2. 能力目标•能够独立设计控制系统并进行分析。
•熟悉MATLAB/Simulink工具的使用，能够利用Simulink来模拟控制系统，并进行性能分析和优化。
•能够利用电子线路制作简单的控制系统。
3. 态度目标•了解自动控制原理所涉及的伦理和社会问题。
•培养自我学习和探究的能力。
1. 简介•自动控制原理的基本概念和发展历程2. 数学基础•微积分和常微分方程的基本内容•傅里叶变换3. 系统建模•线性和非线性系统•时域和频域模型•线性时不变控制系统和线性化分析•状态空间方法•模糊控制系统4. 系统分析和控制方法•系统稳态分析•系统动态分析•PID控制•根轨迹法和频率法•状态反馈和极点配置法•观测器设计•最优控制和自适应控制方法•MATLAB/Simulink的基本使用•简单的电路制作和模拟•简单的控制系统设计和实现四. 教学方法1. 讲授教学采用讲授教学法，对于每个知识点进行详细的讲解，注重基本概念的讲解和实际应用。
2. 实验教学采用实验教学法，设计相应的实验课程，对于理论知识进行实际应用操作演示。
3. 分组探究采用小组讨论的方式，对于某些涉及到伦理和社会问题的知识点进行深入讨论。
4. 交互式教学采用问答和讨论的方式，与学生进行交互式互动，提高学生参与度和交流能力。
1. 学生评价学生评价将在课程结束后进行，主要包括课程开设、课程设置、教师授课质量、教材使用、考核方式及结果等方面的评价。
自动控制原理实验指导书(2个)共9页文档
自动控制原理实验指导书刘芹仲恺农业工程学院机电工程学院自动化实验室2019年4月目 录实验一 典型环节的时域响应 .......................................1 实验二 典型系统的时域响应........................................10 实验三 典型系统的稳定性分析. (13)实验一 典型环节的时域响应一、 实验目的1．掌握各典型环节模拟电路的构成方法，掌握TD －ACC 设备的使用方法。
2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应曲线和实际阶跃响应曲线。
3．了解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 系列教学实验系统一套。
三、 实验原理及内容下面列出了各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。
1．比例环节 （P ） (1) 方框图：图1－1(2) 传递函数：K )S (Ui )S (Uo (3) 阶跃响应：Uo(t) = K ( t ≥0 ) 其中K = R 1 / R 0 (4) 模拟电路图：图1－2(5) 理想与实际阶跃响应对照曲线 ① 取R0 = 200K ；R1 = 100K 。
② 取R0 = 200K ；R1 = 200K 。
2．积分环节（I ）(1) 方框图：图1－3(2) 传递函数：TS1)S (Ui )S (Uo =(3) 阶跃响应：t T1)t (Uo =( t ≥0 ) 其中T = R 0C (4) 模拟电路图：图1－4(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照 ① 取R0 = 200K ；C = 1uF 。
② 取R0 = 200K ；C = 2uF 。
3．比例积分环节（PI ） (1) 方框图：图1－5(2) 传递函数：TS1K )S (Ui )S (Uo +=(3) 阶跃响应：t T1K )t (Uo += ( t ≥0 ) 其中K = R 1/R 0 ；T = R 0C (4) 模拟电路图：见图 1.1－6 图1－6(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照 ① 取R0 = R1 = 200K ；C = 1uF 。
自控原理实验教案
实验仪器
重点与 难点 教学原理、 内容、步骤 教学条件与 手段
作业
教学重点、难点：各环节电路时间常数的测法
见实验讲义
讲授，演示，实验指导
实验报告 1、 《自动控制理论》翁思义 主编 中国电力出版社 2001 年 4 月 2、 《自动控制原理》程鹏 主编 高等教育出版社 2003 年 8 月第 1 版 3、 《自动控制原理典型例题解析与习题精选》 宋申民 陈兴林 主编 高等教育 出版社 2004 年 8 月第 1 版 4、 《自动控制原理习题解析》胡寿松主编 科学出版社 2007 年 6 月第一版 5、 《自动控制理论实验指导书》北京精仪达盛科技有限公司
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参考资料
自动控制原理实验
5、 《自动控制理论实验指导书》北京精仪达盛科技有限公司
实验数据、曲线
图 3-1 C=1uF 系统的方框图
图 3-2 C=1uf,R3=50K,K=5
图 3-5 C=0.1uf,R3=50K,K=5
图 3-3 C=1uf,R3=100K,K=10
图 3-6 C=0.1uf,R3=100K,K=10
1.0018 1.2127 2.2361 0.2425 0.0523
-0.0200 -0.2450 -1.1071 0.2450-pi 0.1049-pi
0.93 0.85
2.2 0.05
2Xm：信号源峰谷值之差 2Ym：输出信号的峰谷值之差 2、画波特图 用 bode 函数绘制系统的波特图 取 R3=500K，则开环传递函数为： G ( s ) 闭环系统传递函数为：
图 4-8 系统的奈氏图
实验项目
实验五、控制系统的根轨迹分析
第１０页
自动控制原理实验
授课专业 教学时数 授课方式 实验目的 与要求 3 学时 实验
自动控制原理 教案
自动控制原理教案教案标题：自动控制原理教案目标：1. 了解自动控制原理的基本概念和原理；2. 掌握自动控制系统的基本组成和工作原理；3. 能够分析和设计简单的自动控制系统；4. 培养学生的动手实践能力和解决实际问题的能力。
教学内容：1. 自动控制原理的基本概念和分类；2. 自动控制系统的基本组成和功能；3. 传感器和执行器的原理和应用；4. 控制器的类型和工作原理；5. 反馈控制和前馈控制的概念和应用；6. 自动控制系统的稳定性分析和校正方法；7. 自动控制系统的性能指标和优化方法。
教学步骤：1. 导入：通过引入一个实际生活中的自动控制系统例子，激发学生对自动控制原理的兴趣。
2. 知识讲解：讲解自动控制原理的基本概念和分类，介绍自动控制系统的基本组成和功能。
3. 实例分析：通过一个简单的自动控制系统实例，让学生了解传感器和执行器的原理和应用。
4. 知识拓展：介绍不同类型的控制器和其工作原理，以及反馈控制和前馈控制的概念和应用。
5. 稳定性分析：讲解自动控制系统的稳定性分析方法，引导学生进行稳定性分析的实践操作。
6. 性能优化：介绍自动控制系统的性能指标和优化方法，引导学生进行性能优化的实践操作。
7. 总结归纳：对所学内容进行总结归纳，强化学生对自动控制原理的理解和掌握。
8. 实践应用：通过实际案例或小组项目，让学生应用所学知识解决实际问题，培养他们的动手实践能力和解决问题的能力。
9. 课堂讨论：组织学生进行课堂讨论，分享彼此的学习心得和体会。
10. 作业布置：布置相关的作业，巩固和拓展学生对自动控制原理的理解。
教学资源：1. 教科书和课件：提供基本概念和原理的讲解材料。
2. 实验设备和器材：用于实践操作和案例分析。
3. 实际案例和项目：用于学生的实践应用和问题解决。
教学评估：1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的积极参与程度和提问情况。
2. 实践操作：评估学生在实践操作中的操作技能和实验结果分析能力。
自动控制原理教案
自动控制原理教案教案标题：自动控制原理教案教案目标：1. 了解自动控制原理的基本概念和原理。
2. 掌握自动控制系统的组成和分类。
3. 理解自动控制系统的基本特性和性能指标。
4. 能够分析和设计简单的自动控制系统。
教案内容：课时一：自动控制原理概述1. 自动控制的定义和意义2. 自动控制原理的基本概念和基本原理3. 自动控制系统的组成和分类课时二：自动控制系统的数学模型1. 自动控制系统的数学描述2. 传递函数和状态空间表示法3. 控制系统的输入输出关系课时三：自动控制系统的特性和性能指标1. 稳定性分析与判据2. 阶跃响应和频率响应3. 控制系统的性能指标：超调量、调节时间、稳态误差等课时四：经典控制方法1. 比例控制2. 比例-积分控制3. 比例-微分控制4. PID控制器设计课时五：现代控制方法1. 状态空间控制2. 标准回路配置法3. 频域设计法教学方法：1. 讲授：通过讲解理论知识，介绍自动控制原理的基本概念和原理。
2. 实例分析：通过实际案例，分析自动控制系统的应用和设计过程。
3. 讨论互动：组织学生进行小组讨论和互动，加深对自动控制原理的理解和应用能力。
4. 实践操作：设置实验环节，让学生亲自操控和调试自动控制系统，加强实际操作技能。
教学评估：1. 课堂练习：通过课堂练习，检验学生对自动控制原理的理解和应用能力。
2. 实验报告：要求学生完成一次自动控制实验，并撰写实验报告，评估其实际操作和分析能力。
3. 期末考试：设置期末考试，全面考察学生对自动控制原理的掌握程度。
教学资源：1. 教材：选择一本权威的自动控制原理教材作为主要教学资源。
2. 多媒体资料：准备相关的多媒体资料，如PPT、视频等，辅助教学讲解。
3. 实验设备：准备相应的自动控制实验设备，供学生进行实践操作。
教学建议：1. 强调理论与实践的结合，通过实际案例和实验操作，加深学生对自动控制原理的理解和应用能力。
2. 鼓励学生积极参与讨论和互动，培养其分析和解决问题的能力。
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实验一、控制系统典型环节的模拟
教学目标：
1、掌握传递函数的涵义；熟悉常见环节传递函数及单位阶跃响应特性。
2、验证常见环节的单位阶跃响应特性。
教学重点：
1、分析实验结果。
教学难点：
1、正确接线
2、示波器的调试。
教具、教学素材准备：
1、 实验仪器。
2、 教案
教学方法：
采用传统的教学方法与实验演示相结合的方法。
教学时数：
2学时
教学过程：（教师授课思路、设问及讲解要点）
一、典型环节的介绍。
1．比例环节
微分方程： C(t) = Kr(t)
其中：K ——比例环节系数
拉氏变换：C(s)=KR(s)
比例环节的传递函数：
C (s )
G(s) K
R (s ) 比例环节的方框图如下：
特点：输出不失真，不延迟，成比例地复现输入信号的变化。
比例环节实例：
K R(s) C(s)
（a ） 由运算放大器构成的比例环节 R
R 1
2. 惯性环节
惯性环节的微分方程：
dc (t )
T c (t ) K r (t )
d (t )
K
——比例系数其中：
T ——时间常数
拉氏变换： TsC(s) C(s) K R (s ) 惯性环节的传递函数：
C (s ) K G(s) R (s ) Ts
1
惯性环节方框图
单位阶跃信号作用下的响应： 1
R(s)
s
K 1
C (s )
11 Ts 2 K。