自动控制原理第四次实验
自动控制原理实验指导书(实验四)
实验四自动控制系统的动态校正仿真实验实验可在真实系统进行，亦可在模型上进行仿真。
真实系统需要物理环境和实验设备、仪器，按实际系统的运行模式进行实验；仿真实验是利用模型(物理的或数学的)进行系统动态特性研究的实验。
MATLAB提供的控制系统数学仿真工具包SIMULINK，提供了一般控制系统所需的模块和用户创建模块功能，允许用户用框图的形式搭建任意系统并进行仿真，是控制系统研究设计的重要手段，在控制系统的仿真中获得了广泛的应用。
一．实验目的1．了解MATLAB数学仿真工具包SIMULINK2．学习SIMULINK在自动控制系统的仿真应用3．研究串联校正对系统稳定性及过渡过程的影响二．实验内容及实验原理1．Simulink进行系统仿真方法1）安装并启动MATLAB2）启动Simulink进入仿真环境单击MATLAB Command窗口工具条上的Simulink图标，或者在MATLAB命令窗口输入simulink，即弹出图示的模块库窗口界面(Simulink Library Browser)。
该界面右边的窗口给出Simulink所有的子模块库。
每个子模块库中模块可直接用于建立系统的Simulink框图模型。
3）打开空白模型窗口用来建立系统的仿真模型MATLAB主界面中选择【File:New Model】菜单项；所打开的空白模型窗口如图所示4）将模块库的相应模块复制到该窗口，通过相应的连接可建立Simulink仿真系统结构图在Simulink模型或模块库窗口内，用鼠标左键单击所需模块图标，按住鼠标左键不放并移动鼠标至目标模型窗口指定位置，释放鼠标即完成模块拷贝，用鼠标选中模块按Del键即可删除，选取菜单Format→RotateBlock，可使模块旋转90°。
用鼠标双击指定模块图标，打开模块对话框，根据对话框栏目中提供的信息进行参数设置或修改。
例如双击模型窗口的传递函数模块，弹出图示对话框，在对话框中分别输入分子、分母多项式的系数，点击OK键，完成该模型的设置，如右下图所示：●模块的连接模块之间的连接是用连接线将一个模块的输出端与另一模块的输入端连接起来；也可用分支线把一个模块的输出端与几个模块的输入端连接起来。
自动控制原理实验报告四
自动控制原理实验报告实验时间：201Ｘ年Ｘ 月Ｘ 日 地点：ＸＸＸＸ 实验报告人（签名）：倪马 同组实验人（签名）：1 实验名称：线性系统的频域分析2 实验目的：(1)掌握二阶开环系统的对数频率特性、幅相频率特性、实频特性和虚频特性；(2)掌握欠阻尼二阶闭环系统中的自然频率、阻尼比对开环参数幅值穿越频率、相位裕度的影响，以及幅值穿越频率和相位裕度的计算；(3)掌握二阶开环系统对数频率特性曲线和幅相频率特性曲线的特点及绘制方法。
3 实验内容：（1）根据实验讲义上模拟电路图和接线要求，在LabACTn 自控／计控原理实验机的对应接口上连接好线路；（2）根据实验讲义的具体要求进行“运行”操作，并观察实验曲线，根据曲线计算对应参数——一阶惯性环节的转折频率、二阶闭环系统的谐振频率r ω&谐振峰值)(r L ω，改变被测系统的各项电路参数，画出其系统模拟电路图。
4 实验步骤 4.1 实验操作4.1.1 一阶惯性环节的频率特性曲线惯性环节的频率特性测试电路见图3-2-1，改变被测系统的各项电路参数，画出其系统模拟电路图，及频率特性曲线，並计算和测量其转折频率，填入实验报告。
一阶惯性环节的转折频率：T /1=ω图3-2-1 惯性环节的频率特性测试电路图3-2-1电路的增益K=1，惯性时间常数 T=0.1，转折频率：s /1rad .0/1==T ω 实验内容及步骤（1）构造模拟电路：按图3-2-1安置短路套及插孔连线。
（2）运行、观察、记录：① 选择系统的频域分析／一阶惯性环节频率特性曲线，将弹出频率特性扫描点设置表，用户可在…频率特性扫描点‟设置表中根据需要填入各个扫描点角频率，设置完后，点击《确认》后，将弹出…频率特性曲线‟实验界面，点击《开始》，即可按表中规定的角频率值，按序自动产生多种频率信号，画出频率特性曲线。
② 测试结束后（约五分钟），将显示被测系统的对数幅频、相频特性曲线（伯德图）和幅相曲线（奈奎斯特图），界面“显示选择”选择了“伯德图”。
自动控制原理实验指导书(五个实验)
自动控制原理实验指导书电力学院自动控制原理实验室二○○八年三月目录实验一典型环节的电路模拟与软件仿真 (2)实验二线性定常系统的瞬态响应 (6)实验三线性系统稳态误差的研究 (8)实验四系统频率特性的测量 (11)实验五线性定常系统的串联校正 (13)附： THBDC-1控制理论.计算机控制技术实验平台简介 (16)实验一典型环节的电路模拟与软件仿真一、实验目的1．熟悉并掌握THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台及上位机软件的使用方法。
2．熟悉各典型环节的电路传递函数及其特性，掌握典型环节的电路模拟与软件仿真研究。
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．THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台2．PC机1台(含上位机软件) USB数据采集卡37针通信线1根16芯数据排线USB接口线3．双踪慢扫描示波器1台(可选)4．万用表1只三、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；3．在上位机界面上，填入各典型环节数学模型的实际参数，据此完成它们对阶跃响应的软件仿真，并与模拟电路测试的结果相比较。
四、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等典型环节按一定的关系连接而成。
熟悉这些环节对阶跃输入的响应，对分析线性系统将是十分有益的。
在附录中介绍了典型环节的传递函数、理论的阶跃响应曲线和环节的模拟电路图。
五、实验步骤1．熟悉实验台，利用实验台上的各电路单元，构建所设计比例环节(可参考本实验附录)的模拟电路并连接好实验电路；待检查电路接线无误后，接通实验台的电源总开关，并开启±5V，±15V直流稳压电源。
2．把采集卡接口单元的输出端DA1、输入端AD2与电路的输入端U i相连，电路的输出端U o则与采集卡接口单元中的输入端AD1相连。
连接好采集卡接口单元与PC上位机的通信线。
自控原理实验4(DOC)
实验四 线性定常系统的稳态误差一、实验目的1. 通过本实验，理解系统的跟踪误差与其结构、参数与输入信号的形式、幅值大小之间的关系；2. 研究系统的开环增益K 对稳态误差的影响。
二、实验内容1. 观测0型二阶系统的单位阶跃响应和单位斜坡响应，并实测它们的稳态误差；2. 观测I 型二阶系统的单位阶跃响应和单位斜坡响应，并实测它们的稳态误差；3. 观测II 型二阶系统的单位斜坡响应和单位抛物坡，并实测它们的稳态误差。
三、实验原理通常控制系统的方框图如图4-1所示。
其中G(S)为系统前向通道的传递函数，H(S)为其反馈通道的传递函数。
图4-1 一般控制系统方框图由图4-1求得)()()(11)(S R S H S G S E +=（1）由上式可知，系统的误差E(S)不仅与其结构和参数有关，而且也与输入信号R(S)的形式和大小有关。
如果系统稳定，且误差的终值存在，则可用下列的终值定理求取系统的稳态误差：)(lim 0S SE e s ss →=（2）本实验就是研究系统的稳态误差与上述因素间的关系。
下面叙述0型、I 型、II 型系统对三种不同输入信号所产生的稳态误差ss e 。
1．0型二阶系统设0型二阶系统的方框图如图4-2所示。
根据式（2），可以计算出该系统对阶跃和斜坡输入时的稳态误差：图4-2 0型二阶系统的方框1）单位阶跃输入（sS R 1)(=） 3112)1.01)(2.01()1.01)(2.01(lim 0=⨯+++++⨯=→S S S S S S e S ss2）单位斜坡输入（21)(s S R =）∞=⨯+++++⨯=→2012)1.01)(2.01()1.01)(2.01(lim SS S S S S e S ss上述结果表明0型系统只能跟踪阶跃输入，但有稳态误差存在，其计算公式为：Pss K R e +=10其中)()(lim 0S S H S G K p →≅，R 0为阶跃信号的幅值。
河北大学 自动控制原理 实验四报告(含结果分析)
实验4 频率响应分析一 实验要求掌握应用MATLAB 绘制系统Bode 图和Nyquist 图的方法，并通过系统的Bode 图和Nyquist 图分析系统的动态性能、稳定性和相对稳定性。
二 实验步骤1 系统Nyquist 曲线的绘制（1）掌握系统极坐标（Nyquist ）图绘制的函数nyquist()及其参数的使用方法。
（可通过help 方法）（2）在Matlab 中输入课本162页例5－14的程序，观察并记录结果。
利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
（3）在Matlab 中输入课本162-163页例5－15的程序，观察并记录结果(包括系统函数和Nyquist 图)，利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
（4）在Matlab 中输入下面例子的程序，观察并记录结果，利用轴函数axis （）绘出在一定区域内的曲线，或用放大镜工具放大，进行稳定性分析。
例：已知系统的开环传递函数为101781000)(230+++=s s s s G 绘制系统的Nyquist 图，并利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
Matlab 命令窗口输入： >> num=[1000];>> den=[1 8 17 10];>> nyquist(num,den);grid2 系统Bode 图的绘制（1）掌握系统对数频率特性曲线（Bode ）图绘制的函数bode()及其参数的使用方法。
（可通过help 方法） （2）在Matlab 中输入课本164页例5－16的程序，观察并记录结果。
计算系统稳定裕量（相角稳定裕量和增益稳定裕量）分析系统的稳定性。
（3）在Matlab 中输入课本164-165页例5－17的程序，观察并记录结果。
并分析阻尼系数对系统幅频特性和相频特性的影响。
三 思考题1 已知系统的开环传递函数为 12.124.22420)(230+++=s s s s G （1）绘制系统的开环零极图、Nyquist 图，并利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
河北大学 自动控制原理 实验四报告(含结果分析)
实验4 频率响应分析一 实验要求掌握应用MATLAB 绘制系统Bode 图和Nyquist 图的方法，并通过系统的Bode 图和Nyquist 图分析系统的动态性能、稳定性和相对稳定性。
二 实验步骤1 系统Nyquist 曲线的绘制（1）掌握系统极坐标（Nyquist ）图绘制的函数nyquist()及其参数的使用方法。
（可通过help 方法）（2）在Matlab 中输入课本162页例5－14的程序，观察并记录结果。
利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
（3）在Matlab 中输入课本162-163页例5－15的程序，观察并记录结果(包括系统函数和Nyquist 图)，利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
（4）在Matlab 中输入下面例子的程序，观察并记录结果，利用轴函数axis （）绘出在一定区域内的曲线，或用放大镜工具放大，进行稳定性分析。
例：已知系统的开环传递函数为101781000)(230+++=s s s s G 绘制系统的Nyquist 图，并利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
Matlab 命令窗口输入： >> num=[1000];>> den=[1 8 17 10];>> nyquist(num,den);grid2 系统Bode 图的绘制（1）掌握系统对数频率特性曲线（Bode ）图绘制的函数bode()及其参数的使用方法。
（可通过help 方法） （2）在Matlab 中输入课本164页例5－16的程序，观察并记录结果。
计算系统稳定裕量（相角稳定裕量和增益稳定裕量）分析系统的稳定性。
（3）在Matlab 中输入课本164-165页例5－17的程序，观察并记录结果。
并分析阻尼系数对系统幅频特性和相频特性的影响。
三 思考题1 已知系统的开环传递函数为 12.124.22420)(230+++=s s s s G （1）绘制系统的开环零极图、Nyquist 图，并利用Nyquist 稳定判据判断该系统的稳定性。
自动控制原理实验报告-西南交通大学课程与资源中心
西南交通大学自动控制原理课程实验报告册
《自动控制原理》课程实验报告(一)
《自动控制原理》课程实验报告(二)
《自动控制原理》课程实验报告(三)
《自动控制原理》课程实验报告(四)
三、思考题
1. 参数在一定范围内取值才能使闭环系统稳定的系统称为条件稳定系统。
对于这类系
统可以通过根轨迹法来确定使系统稳定的参数取值范围，也可以适当调整系统参数或增加校正网络以消除条件稳定性问题。
对于下图所示条件稳定系统：
试问能否通过增加开环零极点消除系统条件稳定性问题，即对于所有根轨迹增益，根轨迹全部位于s左半平面，闭环系统稳定。
《自动控制原理》课程实验报告(五)
《自动控制原理》课程实验报告(六)
《自动控制原理》课程实验报告(七)
《自动控制原理》课程实验报告(八)
《自动控制原理》课程实验报告(九)。
自动控制原理实验报告
⾃动控制原理实验报告实验⼀典型环节的模拟研究及阶跃响应分析1、⽐例环节可知⽐例环节的传递函数为⼀个常数：当Kp 分别为0.5，1，2时，输⼊幅值为1.84的正向阶跃信号，理论上依次输出幅值为0.92，1.84，3.68的反向阶跃信号。
实验中，输出信号依次为幅值为0.94，1.88，3.70的反向阶跃信号，相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%. 在误差允许范围内可认为实际输出满⾜理论值。
2、积分环节积分环节传递函数为：（1）T=0.1(0.033)时，C=1µf (0.33µf )，利⽤MATLAB ，模拟阶跃信号输⼊下的输出信号如图： T=0.1 T=0.033与实验测得波形⽐较可知，实际与理论值较为吻合，理论上T=0.033时的波形斜率近似为T=0.1时的三倍，实际上为8/2.6=3.08，在误差允许范围内可认为满⾜理论条件。
3、惯性环节惯性环节传递函数为：if i o R RU U -=TS1CS R 1Z Z U U i i f i 0-=-=-=1TS K)s (R )s (C +-=K=R f /R 1,T=R f C,（1）保持K=R f /R 1=1不变，观测T= 0.1秒，0.01秒（既R 1=100K,C=1µf ，0.1µf ）时的输出波形。
利⽤matlab 仿真得到理论波形如下： T=0.1时 t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3%,读数误差较⼤。
K 理论值为1，实验值2.12/2.28，相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值较为接近。
T=0.01时t s （5%）理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为：（40-30）/30=33.3%由于ts 较⼩，所以读数时误差较⼤。
K 理论值为1，实验值2.12/2.28，相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值较为接近（2）保持T=R f C= 0.1s 不变，分别观测K=1，2时的输出波形。
自动控制第四次实验报告
装订线实验报告实验名称：采样系统的稳定性分析电气工程及其自班1102班系电气工程系专业动化姓名张婷学号0909110526 授课老师韩华预定时间2013、6、7 实验时间2013、6、7 实验台号30 LF398 采样－保持器功能的原理方块图装订线连续信号x(t) 经采样器采样后变为离散信号x*(t)，香农 (Shannon) 采样定理指出，散闭环采样控制系统(2)模拟电路图订线订线装订线方波周期T=100S线方波周期T=180S方波周期T=200S线线线装 订 线连续信号频谱)(ωj E 与采样信号频谱)(ωj E *(h s ωω2>)的频谱|)(|*ωj E ，是连续信号频谱)(ωj E 以采样角频率s ω为周期的无穷多个频谱的所示。
其中，0=n 的频谱称为采样频谱的主分量，如曲线1所示，它与连续频谱装订线图6-8 理想低通滤波器的频率特性6-9 连续信号频谱)(ωj E 与采样信号频谱)(*ωj E (2s h ωω<)的比较香农采样定理装订线图6-10 零阶保持器的脉冲响应图6-11 零阶保持器的频率特性装订线 图6-12 零阶保持器的输出特性零阶保持器使采样信号)(*t e 变成阶梯信号)(t e h 。
如果把阶梯信号)(t e h 的中点连接起来，如图中点划线所示，则可以得到与连续信号)(t e 形状一致但在时间上落后2T 的响应当于给系统增加了一个延迟时间为2T 的延迟环节，使系统总的相角滞后增大，对系统的稳定性不利，这与前面零阶保持器相频分析结果是一致的。
、采样周期对系统稳定性的影响, 极点P ,转换为，可是没有简单的转换式仲连续系统的零点进。
西工大-自动控制原理实验报告
自动控制实验原理实验报告班级：姓名：学号：实验日期：报告撰写日期：2013.7.8目录1.1 实验目的 (4)1.2 实验原理及内容 (4)1.3 实验步骤 (6)1.4 实验结果及其分析 (9)1.4.1、比例环节 (9)1.4.2、惯性环节 (10)1.4.3、积分环节 (11)1.4.4、比例积分环节 (12)1.5总结 (13)自动控制原理实验2 (16)实验名称：线性系统的时域分析 (16)2.1 实验目的 (16)2.2 实验原理及内容 (16)2.3 实验步骤 (17)2.4 实验结果及其分析 (20)2.4.1、比例微分环节 (20)2.4.2、PID（比例-微分-积分）环节 (21)2.5总结 (22)自动控制原理实验3 (24)实验名称：二阶/三阶系统的瞬态响应和稳定性 (24)3.1 实验目的 (24)3.2 实验原理及内容 (24)3.3 实验步骤 (25)3.4 实验结果及其分析 (28)3.4.1、二阶系统 (28)3.4.2、三阶系统 (36)3.5总结 (38)4.1 实验目的 (40)4.2 实验原理及内容 (40)4.3 实验步骤 (41)4.4 实验结果及其分析 (45)4.4.1、一阶惯性环节 (45)4.4.2、二阶闭环系统 (46)4.4.3、二阶开环系统 (47)4.5总结 (49)自动控制原理实验1实验名称：线性系统的时域分析实验时间：2013.6.13实验地点：航空楼A612室实验学生（签名）：付泰2010300384实验设备验收人员（签名）：实验成绩：实验指导教师（签名）：1.1 实验目的1、掌握线性系统的时域特性规律，观察比例环节，惯性环节，积分环节，比例积分环节输出时域响应曲线，并测量相应参数。
2、熟悉自动控制原理实验装置，能够熟练运用LabACTn软件解决线性系统的时域输出响应。
1.2 实验原理及内容1、比例环节典型比例环节模拟电路如图3-1-1所示。
自动控制原理实验四_系统频率特性的测试
东南大学自动控制实验室实验报告课程名称：自动控制原理实验实验名称：系统频率特性的测试院〔系〕：自动化学院专业：自动化**：**：实验室：实验组别：同组人员：实验时间：2021/11/24评定成绩：审阅教师：目录一．实验目的和要求2二．实验原理2三．实验方案与实验步骤3四．实验设备与器材配置4五．实验记录4六．实验分析4七．预习与答复5八．实验结论5一．实验目的和要求实验目的：〔1〕明确测量幅频和相频特性曲线的意义〔2〕掌握幅频曲线和相频特性曲线的测量方法〔3〕利用幅频曲线求出系统的传递函数报告要求：〔1〕画出系统的实际幅度频率特性曲线、相位频率特性曲线，并将实际幅度频率特性曲线转换成折线式Bode图，并利用拐点在Bode图上求出系统的传递函数。
〔2〕用文字简洁表达利用频率特性曲线求取系统传递函数的步骤方法。
〔3〕利用上表作出Nyquist图。
〔4〕实验求出的系统模型和电路理论值有误差，为什么.如何减小误差.〔5〕实验数据借助Matlab作图，求系统参数。
二．实验原理在设计控制系统时，首先要建立系统的数学模型，而建立系统的数学模型是控制系统设计的前提和难点。
建模一般有机理建模和辨识建模两种方法。
机理建模就是根据系统的物理关系式，推导出系统的数学模型。
辨识建模主要是人工或计算机通过实验来建立系统数学模型。
两种方法在实际的控制系统设计中，常常是互补运用的。
辨识建模又有多种方法。
本实验采用开环频率特性测试方法，确定系统传递函数，俗称频域法。
还有时域法等。
准确的系统建模是很困难的，要用反复屡次，模型还不一定建准。
模型只取主要局部，而不是全部参数。
另外，利用系统的频率特性可用来分析和设计控制系统，用Bode图设计控制系统就是其中一种。
幅频特性就是输出幅度随频率的变化与输入幅度之比，即，测幅频特性时，改变正弦信号源的频率测出输入信号的幅值或峰峰值和输输出信号的幅值或峰峰值测相频有两种方法：〔1〕双踪信号比较法：将正弦信号接系统输入端，同时用双踪示波器的Y1和Y2测量系统的输入端和输出端两个正弦波，示波器触发正确的话，可看到两个不同相位的正弦波，测出波形的周期T和相位差Δt，则相位差。
自动控制原理实验四报告
对数频率特性图包括了对数幅频特性图和对数相频特性图。横坐标为频率w，采用对数分度，单位为弧度/秒；纵坐标均匀分度，分别为幅值函数20lgA(w)，以dB表示；相角，以度表示。
MATLAB提供了函数bode()来绘制系统的波特图，其用法如下：
bode(a,b,c,d,iu)：可得到从系统第iu个输入到所有输出的波特图。
bode(num,den)：可绘制出以连续时间多项式传递函数表示的系统的波特图。
bode(a,b,c,d,iu,w)或bode(num,den,w)：可利用指定的角频率矢量绘制出系统的波特图。
当带输出变量[mag,pha,w]或[mag,pha]引用函数时，可得到系统波特图相应的幅值mag、相角pha及角频率点w矢量或只是返回幅值与相角。相角以度为单位，幅值可转换为分贝单位：magdb=20×log10(mag)
3.控制系统的开环频率特性分析
二、实验设备及要求
电脑、MATLAB软件
要求：1.预习Bode图和Nyquist图的画法；
2.映射定理的内容；
3.Nyquist稳定性判据内容。
三、基础知识及MATLAB函数
1.奈奎斯特图（幅相频率特性图）
对于频率特性函数G(jw)，给出w从负无穷到正无穷的一系列数值，分别求出Im(G(jw))和Re(G(jw))。以Re(G(jw))为横坐标，Im(G(jw))为纵坐标绘制成为极坐标频率特性图。
5．
6． ，要求：
(a)作波特图
(b)由稳定裕度命令计算系统的稳定裕度 和 ，并确定系统的稳定性
5、实验结果与数据处理
1.用Matlab作Bode图.要求:画出对应Bode图,并加标题.
（1）
自动控制原理实验报告(1专业)五个实验
自动控制原理实验专业班级姓名学号实验时间：2013.10—2013.11一、实验目的和要求：通过自动控制原理实验牢固地掌握《自动控制原理》课的基本分析方法和实验测试手段。
能应用运算放大器建立各种控制系统的数学模型，掌握系统校正的常用方法，掌握系统性能指标同系统结构和参数之间的基本关系。
通过大量实验，提高动手、动脑、理论结合实际的能力，提高从事数据采集与调试的能力，为构建系统打下坚实的基础。
二、实验仪器、设备（软、硬件）及仪器使用说明自动控制实验系统一套计算机（已安装虚拟测量软件---LABACT）一台椎体连接线18根典型环节实验（一）、实验目的：1、了解相似性原理的基本概念。
2、掌握用运算放大器构成各种常用的典型环节的方法。
3、掌握各类典型环节的输入和输出时域关系及相应传递函数的表达形式，熟悉各典型环节的参数（K、T）。
4、学会时域法测量典型环节参数的方法。
（二）、实验内容：1、用运算放大器构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节和比例积分微分环节。
2、在阶跃输入信号作用下，记录各环节的输出波形，写出输入输出之间的时域数学关系。
3、在运算放大器上实现各环节的参数变化。
（三）、实验要求：1、仔细阅读自动控制实验装置布局图和计算机虚拟测量软件的使用说明书。
2、做好预习，根据实验内容中的原理图及相应参数，写出其传递函数的表达式，并计算各典型环节的时域输出响应和相应参数（K、T）。
3、分别画出各典型环节的理论波形。
5、输入阶跃信号，测量各典型环节的输入和输出波形及相关参数。
（四）、实验原理实验原理及实验设计：1．比例环节：Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时域输出响应：2．惯性环节：Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：3．积分环节：Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：时常数：时域输出响应：4．比例积分环节：Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：5．比例微分环节：Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：6．比例积分微分环节：Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：(五)、实验方法与步骤2、测量输入和输出波形图。
自控第四次实验报告
哈工大自动控制原理实验报告姓名： XXX学号： XXXXXXXXXX班级： XXXXXXXX课程名称：自动控制理论实验日期： 2014.XX.XX实验成绩：总成绩：实验三 采用PI 的串联校正一、实验目的：1、了解和观测校正装置对系统稳定性及瞬态特性的影响。
2、验证频率法校正是否满足性能要求。
二、实验要求：1、观测未校正系统的稳定性及瞬态响应。
2、观测校正后系统的稳定性极瞬态响应。
三、实验仪器设备1、TDN-AC/ACS 教学实验系统 一套2、万用表 一块四、实验原理、内容及步骤1、原系统的原理方块图未校正系统的方框图如图3—1所示图3—1未校正系统的方框图要求设计PI 串联校正装置，校正时使期望特性开环传递函数为典型II 型并使系统满足下列指标：%25≤p MS t s 84.0≤校正网络的传递函数为：CS R CS R s G c 011)(+=校正后的方块图如图3—2所示图3—2 校正后的方块图2、系统校正前后的模拟电路图图3—3系统校正前的模拟电路图图3—4系统校正后的模拟电路图3、实验内容及步骤（1）测量未校正系统的性能指标。
准备：将模拟电路输入端R(t)与信号源单元（U1 SG）的输出端OUT端相连接；模拟电路的输出端C(t)接至示波器。
步骤：按图3—3接线；加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量Mp和调节时间Ts，记录曲线及参数。
未校正：MP=34.68%>25%, ts=0.5156<0.84S 不满足指标。
未校正系统分析：开环传函()50(0.061)S D S S =+,特征方程为：250250033S S ++=∴503ω=, 503ξ=, ∴ 2exp()38.78%1P M ξπξ=-=-（2） 测量校正系统的性能指标分析：要求设计PI 串联校正装置，校正时使期望特性开环传递函数为典型二型并使系统满足下列指标：pM <=25%S T <=0.84S校正网络的传递函数为：C G （s ）=CS R CS R 011+ 为比例积分环节 K=23R R 为比例放大环节设计校正装置参数由超调量和调整时间的公式Mp=exp(-21ξπ-ξ)100%<=25%得阻尼系数ξ=0.4,带入Ts=3n ξω<=0.84，得剪切频率为ωc=7.87，而ωc 两侧与高频和低频的交接频率ω1和ω2必与ωc 有一定的距离，为保证要求的相角裕度，ω1＝7.875＝1.57，ω2＝7.87*2＝15.68则期望的传函为Gc=212.35(0.641)(0.061)s s s ++ 由C G （s ）=)106.0(50+S S ，C G （s ）=CS R CS R 011+ ，K=23R R可得R1=92.7Ω，C=6.47uF,32R R =0.2,取R3=50k Ω,R2=250k Ω准备：通过实际实验，根据理论计算，设计校正装置参数（实验时与理论计算有一定偏差）R1= 94.7K Ω C =6.7F μR2 = 250 K Ω R3=50 K Ω步骤：按图3—4接线，加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量Mp 和调节时间Ts ，看是否达到期望值，若未达到，请仔细检查接线、参数值并适当调节参数值。
自动控制原理 实验四+五+离散系统实验 实验报告
《自控原理实验报告》实验名称：实验四+五+离散系统仿真实验实验4：频率特性法的计算机研究实验4中系统的开环传递函数为G(s)=在Matlab仿真中得到的图像如下所示单位阶跃响应单位阶跃响应的误差变化开环传递函数波特图奈奎斯特曲线图对数幅相特性图(Nichols图)1、幅相曲线起点与积分环节个数的关系、终点与分子分母阶次数的关系。
最小相位系统的幅相曲线的起点与积分环节和微分环节的个数有关，当不含积分环节而存在微分环节的时候，幅相曲线的起点位于原点。
当不含积分环节和微分环节的时候，幅相曲线的起点位于实轴正半轴。
当存在积分环节的时候，幅相曲线的起点位于无穷远处，且相角为-(积分环节的个数)*90°。
最小相位系统的幅相曲线的终点与子分母阶次数有关。
设分母阶次为n，分子的阶次为m。
当n=m的时候，幅相曲线的终点位于实轴正半轴。
当n>m的时候，幅相曲线的终点位于原点，且以-(n-m)*90°的角度进入。
2、Bode图中对数幅频与对数相频变化的关系。
对数幅频是传递函数频率特性的幅值，对数相频是传递函数频率特性的相角。
两者之间的联系在于传递函数的频率特性。
3、考察非最小相位系统以上关系是否成立？对于非最小相位系统上述结论不成立。
实验5：PID控制实验5中系统的开环传递函数为G(s)=在Matlab Simulink中设计的系统如下所示以下开始调节PID对应的参数来观察比例，积分，微分三种控制作用对输出的影响1、比例控制实验图像附在结论后。
结论：比例控制作用原理是即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用以减小误差。
当偏差e=0时，控制作用也为0。
因此，比例控制是基于偏差进行调节的，即有差调节。
在图像中可见随着比例系数的增加，系统的超调量不断增加，调节时间也不断变长，上升时间则在逐渐减小。
当比例系数增大到一定程度后，系统的动态响应曲线则由收敛过度到等幅震荡。
东华大学自控实验——第四部分
《自动控制原理实验》实验报告（四）MATLAB频域特性分析姓名：***学号：*********班级：自动化1104班指导老师：***东华大学信息学院MP8.1 用MATLAB 绘制()22525T s s s =++的Bode 图，并验证其谐振频率为5/rad s ，谐振峰值为14dB 。
解：>> num=[25]; den=[1 1 25]; bode(num,den); grid on; 运行结果如下：10101010-180-135-90-450P h a s e (d e g )Bode DiagramFrequency (rad/sec)-60-40-2020M a g n i t u d e (d B )由bode 图可以其谐振频率为5/rad s ，谐振峰值为14dB 。
MP8.2 先手工绘制下列传递函数的Bode 图，然后用MATLAB 加以验证。
(a) ()()()1110G s s s =++解：>> num=[1]; f1=[1 1];f2=[1 10]; den=conv(f1,f2); sys=tf(num,den); bode(sys);-80-60-40-20M a g n i t u d e (d B)P h a s e (d e g )Bode Diagram-120-100-80-60-40-20M a g n i t u d e (d B )101010101010P h a s e (d e g )Bode DiagramFrequency (rad/sec)grid on; 运行结果如下：(b) ()()()10120s G s s s +=++解：>> num=[1 10]; f1=[1 1];f2=[1 20]; den=conv(f1,f2); sys=tf(num,den); bode(sys); grid on;运行结果如下：-80-70-60-50-40-30-20M a g n i t u d e (d B)101010P h a s e (d e g )Bode DiagramFrequency (rad/sec)(c) ()21250G s s s =++ 解：>> num=[1]; den=[1 2 50]; sys=tf(num,den); bode(sys); grid on;运行结果如下：(d) ()()()2511250s G s s s s +=+++ 解：>> num=[1 5];f1=[1 1];f2=[1 12 50]; den=conv(f1,f2); sys=tf(num,den); bode(sys);M a g n i t u d e (d B )101010101010P h a s e (d e g )Bode DiagramFrequency (rad/sec)d e g )M a g n i t u d e (d B )grid on; 运行结果如下：MP8.3某单位负反馈系统的开环传递函数为:()()252G s s s =+用MATLAB 绘制闭环系统的Bode 图，根据Bode 图估计闭环带宽，并在图上标注所得结果。
自动控制原理第四次实验
实验四系统频率特性曲线的绘制及系统分析熟悉利用计算机绘制系统伯德图、乃奎斯特曲线的方法，并利用所绘制图形分析系统性能。
一、实验目的1．熟练掌握使用MATLAB软件绘制Bode图及Nyquist曲线的方法；2．进一步加深对Bode图及Nyquist曲线的了解；3．利用所绘制Bode图及Nyquist曲线分析系统性能。
二、主要实验设备及仪器实验设备：每人一台计算机奔腾系列以上计算机，配置硬盘≥2G，内存≥64M。
实验软件：WINDOWS操作系统（WINDOWS XP 或WINDOWS 2000），并安装MATLAB语言编程环境。
三、知识准备频域分析法是应用频域特性研究控制系统的一种经典方法，通过研究系统对正弦信号激励下的稳态和动态响应特性来分析系统。
1.Nyquist图的绘制与分析MATLAB中绘制系统Nyquist图的函数调用格式为：nyquist(num,den)； %频率响应w的范围由软件自动设定nyquist(num,den,w) ；%频率响应w的范围由人工设定w=logspace(-1,1,100); %即在10-1和101之间，产生100个等距离的点[Re,Im]= nyquist(num,den) ；%返回奈氏曲线的实部和虚部向量，不作图2.Bode图的绘制与分析MATLAB中绘制系统Bode图的函数调用格式为：bode(num,den) ；%频率响应w的范围由软件自动设定bode(num,den,w) ；%频率响应w的范围由人工设定[mag,phase,w]=bode(num,den,w) ；%指定幅值范围和相角范围的伯德图绘制的Bode图频率范围由人工选定，而伯德图的幅值范围和相角范围是自动确定的。
当需要指定幅值范围和相角范围时，则需用下面的功能指令：[mag,phase,w]=bode(num,den,w)mag,phase是指系统频率响应的幅值和相角，由所选频率点的w值计算得出。
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第四次试验：PID 控制器设计及对系统动态性能的影响
项目一
利用齐格勒-尼克尔斯调节法设计PID 控制器，并对模拟对象模型s s 412+中加延迟环节并进行校正,使之性能达到最优。
要求： 1.超调量控制在10%内；调整时间：0.5s ；稳态精度：5%±；
2.选取调节过程中起点、终点和过程中的一点(记录下调节参数和性能指标)。
项目二
利用齐格勒-尼克尔斯调节法设计PID 控制器，并对模拟对象模型s s 212-进行校正,使之性能达到最优。
要求： 1.超调量控制在6%内；调整时间：3s ；稳态精度：5%±；
2.选取调节过程中起点、终点和过程中的一点(记录下调节参数和性能指标)。