四川大学自控实验报告(精品系列).

D
3
4．震荡环节：
G s
1 ， 2 2 Ts s 2Ts s 1

R1 2 R2
R 2 C 1 r(t) R 1 R 6 R 5 R 4 C 2 A 1 R 3
A 2
c(t)
C
A 3
B
R=100K(R2 除外), C=1μ 其中从输入端加入阶跃信号，分别观察 T=0.1s、ξ=0.1、0.5、0.7、1 时的输出波形，并作记录。 （σ%，k，ts，N，tp） 。 MATLAB 仿真： ⑴．如图所示连接系统；
II
电 气 信 息 学 院 电 气 信 息 工 程 专 业 中 心 实 验 室
实验一．典型环节的电模拟及阶跃响应分析
一．实验目的：
1．学习典型环节的电模拟方法及参数测试方法； 2．观察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； 3．学习示波器的使用方法； 4．学习使用 MATLAB 中 SIMULINK 的使用，进行时域法分析；
1 2
三．实验内容
1．二阶系统
G s
K1 K 2 T1 s 1T2 s 1
其中：⑴．K1 分别为 1、5、7、10；K2=1；T1=T2=0.1s； ⑵．K1=K2=1；T1 分别为 0.01s、0.1s、1s。 (3). R=100K(R2 除外)，C2=1μ。R2、C1 需计算确定。
⑵．与比例环节的步骤⑵相同； ⑶．与比例环节的步骤⑶相同； ⑷．观察 T=0.1s, ξ=0.1、0.5 、0.7、1 时的仿真结果。
A
四．实验方法及步骤
1．根据摸拟电路图的要求，在摸拟实验箱上选择实验单元，认真接线； 2．被测信号接到虚拟仪器 (抵频示波器)输入端，调试； 2 1
3
3
3．在被测系统输入端加入阶跃信号，观测并记录系统输出波形和有关数据。
改变系统的增益 K、时间常数 T、延迟时间常数 ，重复步骤（3） 、 （4） （5） ，观察不同的参数作用下， 系统的时域、频域响应变化。 单击“退出” ，返回主窗体。
图(a)
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图(b)
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图(c)
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实验二．二、三阶系统动态分析
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C A
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MATLAB 仿真： ⑴．如图所示连接系统；
⑵．与比例环节的步骤⑵相同； 1 2 ⑶．与比例环节的步骤⑶相同； ⑷．保持 K 不变，分别观察 T=1、2 秒时仿真结果的变化； （k，ts， ） 。 ⑸．保持 T 不变，分别观察 K=1、2 时的仿真结果的变化。 （k，ts， ） 。
C
⑵．在 Simulation/Simulation parameters 中将仿真时间(Stop Time )设置为 10 秒； ⑶．单击 Simulation/Start 开始仿真，打开示波器 Scope 显示仿真结果； ⑷．改变比例系数 K（Gain） ，观察仿真结果的变化。
1
1
2．积分环节：
C1 A1 R3
R5 C2 A2 R4
R7 C3
A3
R6
A4
c(t)
R9 R8
A5
C
3．自行设计系统的模拟电路，并根据时间常数，放大倍数要求选择合适的电阻和电容； 4．用模拟实验箱，虚拟仪器(低频示波器)组成测试系统； 5．纪录和观察每个频率点对应的系统输入和输出信号的变化。
四．实验方法及步骤
1．请同学根据传函自行设计模拟电路，参数变动可采用改变电阻或电容方式实现； 2．在模拟实验箱上按设计的模拟电路自行接线，并组成测试系统； 3．输入信号采用阶跃信号，注意记录输出波形和有关数据（σ%，k，ts，N，tp） ； 4．使用 MATLAB 仿真软件，重复上述过程并注意记录输出波形和有关数据。
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自动控制原理
实验指导书
四川大学电气信息学院
电气信息工程专业中心实验室
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Hale Waihona Puke 目目录录........................................................................................................................II
B
五．实验报告要求
1．请将自己设计的摸拟电路和系统组成图绘出； 2．请将参数组成的电阻 电容以表格形式列出； 3．请将记录的波形绘出,测试数据以表格形式列出； 4．比较两种仿真的结果进行误差分析。
A
附 1： MATLAB 仿真 已知一个二阶系统的传递函数为： 1
1.25 Gc ( s ) 2 s s 1.25
实验一．典型环节的电模拟及阶跃响应分析............................................................1 实验二．二、三阶系统动态分析................................................................................ 6 实验三．基于根轨迹法的系统综合.......................................................................... 10 实验四．频率特性测试...............................................................................................11 实验五．三阶系统串联校正...................................................................................... 14 实验六．典型非线性环节与非线性系统.................................................................. 16 实验七．采样系统分析.............................................................................................. 22
%系统的最大峰值输出 %仿真最大时间 % 系统的稳态输出 %超调量 ts %峰值时间 tp
%选择 5%的误差带
%选择 5%的误差带
附 2：电动机速度/位置控制系统的虚拟实验演示 进入 MATLAB 运行环境，将当前工作路径设置为“虚拟实验/电动机系统” ； 运行 main.m 程序，出现主窗体（图（a） ） ，单击各按钮进入相应的控制窗体，若单击“闭环速度控制” 按钮，进入图（b）所示窗体；
五．实验报告要求
1．实验线路及原始数据，测试数据及波形图； 2．对实验中出现的现象进行讨论，对实验内容 3，从绘制的阶跃响应曲线上求出 K、T、ts，并将 ts 与理论计算值进行比较； 3．简单叙述 MATLAB 仿真软件进行时域法分析的步骤； 4．将两种测算结果进行误差分析； 5．虚拟实验的感受及希望改进的地方。 思考题 1．根据实验结果，分析一阶系统 Ts 与 T、K 之间的关系。 2．认真思考一般环节的电路摸拟图构成，并找出规律，学会设计简单的环节摸拟图。
2
试绘制该系统的单位阶跃响应曲线，并计算系统的性能指标。 MATLAB 程序如下所示： %计算单位阶跃响应的超调量、峰值时间、调节时间（可以选择 5%或者 2%的误差带） Gc=tf(1.25,[1,1,1.25]); %系统的传递函数模型 step(Gc); [y,t]=step(Gc);
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[mp,tf]=max(y); cs=length(t); tm=max(t); yss=y(cs); sigma=100*(mp-yss)/yss tp=t(tf); %计算调节时间 ts i=cs+1; n=0; while n==0 i=i-1; if i==1 n=1; elseif y(i)>1.05*yss n=1; end end; t1=t(i); cs=length(t); j=cs+1; n=0; while n==0 j=j-1; if j==1 n=1; elseif y(j)<0.95*yss n=1; end; end t2=t(j); if t2<tp if t1>t2 ts=t1 end elseif t2>tp if t2<t1 ts=t2 else ts=t1 end end
一．实验目的：
1．学习二、三阶系统的电模拟方法及参数测试方法； 2．观察二、三阶系统的阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响； 3．学习示波器的使用方法； 4．使用 MATLAB 仿真软件进行时域法分析； 。
二．实验设备及仪器
1．模拟实验箱； 2．示波器； 3．计算机； 5．MATLABL 仿真软件。
G s
1 ， Ts
T R1 C
C
D r(t) R1 R0
A1
c(t)
从输入端加入阶跃信号，观察 T=0.1 秒、0.5 秒时的输出波形，并作记录。 MATLAB 仿真： ⑴．如图所示连接系统；
C
⑵．与比例环节的步骤⑵相同； ⑶．与比例环节的步骤⑶相同； ⑷．改变时间常数 T，观察仿真结果的变化。 3．惯性环节（一阶系统） ：
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电 气 信 息 学 院 电 气 信 息 工 程 专 业 中 心 实 验 室
单击“电动机参数“部分的“修改”按钮，在文本框中进行电动机参数的重新设置； 在“输入信号”或“干扰信号”的列表框中，选择信号类型以及参数最大值的设置，调节滑动条可改 变参数大小； 保持 PID 控制参数的缺省设置 P=1、I=0、D=0； 单击“运行”按钮，在三维虚拟场景和示波器中观察电机转速方向和大小的改变； 改变电机参数，输入信号和干扰信号的类型与大小，观察电机转速方向和大小的改变。 单击“退出” ，返回主窗体。