自动控制原理实验报告《线性控制系统时域分析》
自动控制原理-线性系统的时域分析----典型环节的时域响应
四、线路示图
模拟电路构成：如图2. 1-2 所示。
系统的开环增益为K=500KΩ/R，开环传递函数为：
五、内容步骤
1．绘制根轨迹图：实验前根据对象传函画出对象的根轨迹图，对其稳定性及暂态性能做出理论上的判断。并确定各种状态下系统开环增益K 的取值及相应的电阻值R 。
六、数据处理
1、根轨迹图，如图2.1-3所示：
2、按模拟电路图2.1-2 接线并对每个
环节整定后，用示波器观察输入端与输出端
的时域响应曲线：
（1）调节R值，当系统等幅振荡时（如图
2.1-4所示），测得R的值为157.6kΩ，此时系统达临界稳定。
（2）调节R值，当R小于157.6kΩ时，系统发散的振荡，不稳定（如图2.1-5所示，R=135kΩ）。
3 ．按模拟电路图2.1-2 接线，并且要求对系统每个环节进行整定；将2中的方波信号加至输入端。
4 ．改变对象的开环增益，即改变电阻R 的值，用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别测量输入端和输出端，观察对象的时域响应曲线，应该和理论分析吻合。
注意：此次实验中对象须严格整定，否则可能会导致和理论值相差较大。
实 验 报 告
实验名称线性系统的时域分析----典型环节的时域响应
系
专业
班
姓名
学号
授课老师
预定时间
实验时间
实验台号
一、目的要求
1、根据对象的开环传函，做出根轨迹图。
2、掌握用根轨迹法分析系统的稳定性。
3、通过实际实验，来验证根轨迹方法。
二、原理简述
实验对象的结构框图：如图2. 1-1 所示。
三、仪器设备
自动控制原理实验报告《线性控制系统时域分析》
实验一线性控制系统时域分析1、设控制系统如图1 所示，已知K＝100，试绘制当H分别取H＝0.1 ，0.20.5，1, 2，5，10 时，系统的阶跃响应曲线。
讨论反馈强度对一阶系统性能有何影响？图1答:A、绘制系统曲线程序如下：s=tf('s');p1=(1/(0.1*s+1));p2=(1/(0.05*s+1));p3=(1/(0.02*s+1));p4=(1/(0.01*s+1));p5=(1/(0.005*s+1));p6=(1/(0.002*s+1));p7=(1/(0.001*s+1));step(p1);hold on;step(p2);hold on;step(p3);hold on;step(p5);hold on;step(p6);hold on;step(p7);hold on;B 、绘制改变H 系统阶跃响应图如下：00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.50.20.40.60.811.21.4Step ResponseTime (seconds)A m p l i t u d e结论：H 的值依次为0.1、0.2、0.5、1、2、5、10做响应曲线。
matlab 曲线默认从第一条到第七条颜色依次为蓝、黄、紫、绿、红、青、黑，图中可知随着H 值得增大系统上升时间减小，调整时间减小，有更高的快速性。
2、 二阶系统闭环传函的标准形式为222()2nn ns s s ωψξωω=++，设已知n ω＝4，试绘制当阻尼比ξ分别取0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1,1.5, 2, 5等值时，系统的单位阶跃响应曲线。
求出ξ取值 0.2 ，0.5 ，0.8时的超调量，并求出ξ取值 0.2 ，0.5 ，0.8，1.5，5时的调节时间。
讨论阻尼比变化对系统性能的影响。
答：A、绘制系统曲线程序如下：s=tf('s');p1=16/(s^2+1.6*s+16);p2=16/(s^2+3.2*s+16);p3=16/(s^2+4.8*s+16);p4=16/(s^2+6.4*s+16);p5=16/(s^2+8*s+16);p6=16/(s^2+12*s+16);p7=16/(s^2+16*s+16);p8=16/(s^2+40*s+16);step(p1);hold on;step(p2);hold on;step(p3);hold on;step(p4);hold on;step(p5);hold on;step(p6);hold on;step(p7);hold on;step(p8);hold on;B、绘制系统阶跃响应图如下：C、ξ取值为0.2、0.5、0.8、1.5、5时的参数值。
自控实验报告2-时域系统分析和线性系统的稳定性研究
实验2——时域系统分析和线性系统的稳定性研究1. 研究性教学目的① 学习二阶系统阶跃响应曲线的实验测试方法；② 研究二阶系统的两个重要参数n ωζ,对阶跃瞬态响应指标的影响；③ 研究线性系统的开环比例系数K 对稳定性的影响； ④ 研究线性系统的时间常数T 对稳定性的影响。
2. 知识点训练① 自行设计二阶及三阶系统电路。
② 选择好必要的参数值, 计算出相应的阶跃响应数值, 进行仿真分析。
3. 研究性要求① 自行设计二阶及三阶仿真电路, 可以使用Proteus\Multisim\EWB\Matlab 等仿真软件；② 针对各环节选择好必要的参数值, 理论计算环节的输出响应； ③ 仿真分析环节的在典型输入信号作用下的输出波形。
4. 研究性内容实验一:典型二阶系统方块图和实现电路如图1-1所示。
图1-1 二阶系统闭环传递函数如下:, （T 是时间常数）。
各运算放大器运算功能: OP1, 积分, ； OP2, 积分, ； OP9, 反相, （-1）；OP6, 反相比例, 。
可以得到:31010021211⨯====f n R k RCT ζω实验一步骤, 使, , 取, , 使T=0.47s, , 加入单位阶跃扰动, 记录响应曲线, 记作[1]。
仿真结果实验结果通过游标读图可以得到以下数据:保持不变, 单位阶跃扰动不变, 取, , 使T=1.47s, , 记录响应曲线, 记作[2]。
仿真结果实验结果保持不变, 单位阶跃扰动不变, 取, ,使T=1.0s, , 记录响应曲线, 记作[3]。
仿真结果实验结果保持不变, 单位阶跃扰动不变, 取, 使k=0.8, , 记录响应曲线, 记作[4]。
仿真结果实验结果保持不变, 单位阶跃扰动不变, 取, 使k=2.0, , 记录响应曲线, 记作[5]。
仿真结果实验结果要求: 将曲线[1]、[2]、[3]进行对比, [3]、[4]、[5] 进行对比, 将[3]中的和理论值进行比较。
自动控制原理实验报告时域分析法
自z ì动d òng 控k òng 制zh ì原yu án 理l ǐ实sh í验y àn 报b ào告g ào——之时域分析法（运行环境：MATLAB 6.5）班级：200715w1学号：20073558PID控制作用●熟悉典型环节●组合典型环节按题完成相应曲线●试利用几种典型环节构成一个具有下图所示的阶跃响应曲线特性的系统●二阶系统的阶跃响应如下图，试叙述系统模型有何特点相关SIMULINK知识按ctrl+E可弹出如下对话框，修改stop time值。
在Math Operations中可找到sum。
在continuous中可找到各类典型环节。
在sinks中可找到scope。
相关PID知识PID控制规律：比例、积分、微分规律。
用P表示比例，用I表示积分，用D表示微分。
P控制(比例)：其作用为最基本的负反馈控制作用。
当Kp越大，即越小，将使比例控制作用增强，系统稳态误差变小，控制周期缩短，抗干扰能力减弱，系统稳定性变差。
I控制(积分): 其作用是消除稳态偏差，偏差不为零积分不停止，Ti越大，积分愈慢。
无差系统必有积分环节，或在控制器中或在被控过程中。
I作用将使误差趋于零，但使系统稳定性变差。
易震荡。
D控制(微分)：抑制动态偏差。
因为与偏差的导数成正比，所以偏差变化D作用越强。
而偏差不变时，D作用为零。
D作用有预测含义，有利于系统稳定性。
典型环节的特性第一题第一步：大致估算下延迟为50，Kd=10，Td=50，K=15，T=350，初步得到阶跃响应曲线第二步：发现耐克标记的最低处未低于6，修改Td值（46），再次得到阶跃响应曲线第三步：发现延迟环节的最顶部不为十，调节Td*Kd值（415），基本得到阶跃响应曲线第四步：发现耐克图标的末尾不为15，调节K值（16），快要得到阶跃响应曲线及最终Simulink图如下：第二题第一步：选出Transfer Fcn，Step，Scope第二步：大致估算下分母s^2+0.2s，并修改Step属性，得二阶系统的阶跃响应曲线如下第三步：发现曲线末端不在15以上，图像由曲线便直线的转接点不在4处，修改分子值（0.54）及分母中s前的系数（0.2004），得二阶系统的阶跃响应曲线如下：。
线性系统的时域分析实验报告
线性系统的时域分析实验报告线性系统的时域分析实验报告引言：线性系统是控制理论中的重要概念，它在工程领域中有广泛的应用。
时域分析是研究线性系统的一种方法，通过对系统输入和输出的时域信号进行观察和分析，可以得到系统的动态特性。
本实验旨在通过对线性系统进行时域分析，探究系统的稳定性、阶数和频率响应等特性。
实验一：稳定性分析稳定性是线性系统的基本性质之一，它描述了系统对于不同输入的响应是否趋于有界。
在本实验中，我们选取了一个简单的一阶系统进行稳定性分析。
首先，我们搭建了一个一阶系统，其传递函数为H(s) = 1/(s+1)，其中s为复变量。
然后，我们输入了一个单位阶跃信号，观察系统的输出。
实验结果显示，系统的输出在输入信号发生变化后，经过一段时间后稳定在一个有限的值上，没有出现发散的情况。
因此，我们可以判断该系统是稳定的。
实验二：阶数分析阶数是线性系统的另一个重要特性，它描述了系统的动态响应所需的最小延迟时间。
在本实验中，我们选取了一个二阶系统进行阶数分析。
我们搭建了一个二阶系统，其传递函数为H(s) = 1/(s^2+2s+1)。
然后，我们输入了一个正弦信号，观察系统的输出。
实验结果显示，系统的输出在输入信号发生变化后，经过一段时间后才稳定下来。
通过进一步分析，我们发现系统的输出波形具有两个振荡周期，这表明系统是一个二阶系统。
实验三：频率响应分析频率响应是线性系统的另一个重要特性，它描述了系统对于不同频率输入信号的响应情况。
在本实验中，我们选取了一个低通滤波器进行频率响应分析。
我们搭建了一个低通滤波器，其传递函数为H(s) = 1/(s+1)，其中s为复变量。
然后，我们输入了一系列不同频率的正弦信号，观察系统的输出。
实验结果显示，随着输入信号频率的增加，系统的输出幅值逐渐减小，表明系统对高频信号有较强的抑制作用。
这一结果与低通滤波器的特性相吻合。
结论：通过以上实验，我们对线性系统的时域分析方法有了更深入的了解。
自控实验报告
自控实验报告自动控制原理实验报告（线性系统时域响应分析）物电学院电气121班徐楠 12223110一．实验目的1. 熟练掌握step（）函数和impulse（）函数的使用方法，研究线性系统的单位阶跃，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ωn对二阶系统性能的影响。
3. 熟练掌握系统的稳定性的判断方法。
二．基础知识及MA TLAB函数1. 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MA TLAB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[y, t ,x]=step(num,den,t) 向量t 表示脉冲响应进行计算的时间在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。
2）脉冲响应①求系统脉冲响应的指令有：impulse (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impulse (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]=impulse(num,den) 返回变量y为输出向量，x为状态向量[y, t ,x]=impulse(num,den,t) 向量t 表示脉冲响应进行计算的时间②求脉冲响应的另一种方法应当指出，当初始条件为零时，G (s)的单位脉冲响应与sG(s)的单位阶跃响应相同。
自动控制理论实验报告
实验五线性系统的时域分析一、实验目的1、学会使用MATLAB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、对系统阶跃响应的影响3、掌握系统动态性能指标的获得方法及参数对系统动态性能的影响。
二、实验设备Pc机一台，MATLAB软件。
三、实验举例已知二阶控制系统：C（s)/R(s）=10/[s2+2s+10]求：系统的特征根 、wn 系统的单位阶跃响应曲线解：1、求该系统的特征根若已知系统的特征多项式D()，利用roots()函数可以求其特征根。
若已知系统的传递函数，可以利用eig()函数直接求出系统的特征根。
在MATLAB命令窗口提示符下键入：（符号表示回车）num=[10] 分子多项式系数den=[1 2 10] 分母多项式系数sys=tf（num，den）；建立控制系统的传递函数模型eig（sys）求出系统的特征根屏幕显示得到系统的特征根为：ans = -1.0000 + 3.0000i ； -1.0000 - 3.0000i2、求系统的闭环根、和函数damp()可以直接计算出闭环根、和den=[1 2 10]damp(den) 计算出闭环根屏幕显示得到系统的闭环根、和Eigenvalue Damping Freq. (rad/s)-1.00e+000 + 3.00e+000i 3.16e-001 3.16e+000-1.00e+000 - 3.00e+000i 3.16e-001 3.16e+000 既系统闭环跟为一对共轭复根 -1+j3与-1-j3，阻尼比，无阻尼振荡频率 rad/s.3、求系统的单位阶跃响应曲线函数step()可以直接计算连续系统单位阶跃响应，其调用格式为：step(sys)：对象sys可以是tf（），zpk（）函数中任何一个建立的系统模型。
step(sys，t)：t可以指定一个仿真终止时间。
在MATLAB命令窗口提示符下键入：（符号表示回车）num=[10] den=[1 2 10]step ( num , den ) 计算连续系统单位阶跃响应 grid 绘制坐标的网络屏幕显示系统的单位阶跃响应曲线： 从图中获得动态性能指标的值为：上升时间: 0.42 （s ） 峰值时间: 1.05 （s ） 超调量: 35% 调整时间: 3.54 （s ）Step ResponseTim e (sec)A m p l i t u d e01234560.20.40.60.811.21.4System : sysSettling Tim e (sec): 3.54System : sysP eak am plitude: 1.35Overshoot (%): 35.1At tim e (sec): 1.05System : sysRise Tim e (sec): 0.427动态性能指标的获取方法：方法一：用鼠标点击响应曲线上相应的点，读出该点的坐标值，然后根据二阶系统动态性能指标的含义计算出动态性能指标的值。
自动控制原理实验报告(实验一,二,三)分析
自动控制原理实验报告实验名称：线性系统的时域分析线性系统的频域分析线性系统的校正与状态反馈班级：学号：姓名：指导老师：2013 年12 月15日典型环节的模拟研究一. 实验目的1．了解和掌握各典型环节模拟电路的构成方法、传递函数表达式及输出时域函数表达式2．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二．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3-1-1所示。
图3-1-1 典型比例环节模拟电路传递函数：01(S)(S)(S)R R K KU 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3-1-1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，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+4V 阶跃），观测A5B 输出端（Uo ）的实际响应曲线。
自动控制原理实验 时域分析
究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及任意激励下的响应，以及波形图的绘制； 2、 通过响应曲线观测特征参量������对二阶系统动态性能的影响；
三、实验任务
1. 编程完成例 2-12 的单位脉冲响应、 阶跃响应、 零输入响应与零状态响应的求解， 并画出各响应的波形图。 根据电路关系，列写方程，并做拉氏变换，得 ������������ (������) 0.1������ + 0.2 ������������ ������ = 2 + 2 ������ + ������ + 1 ������ + ������ + 1 令 Ui(s)=1,可求得单位脉冲响应； 令 Ui(s)=1/s,可求得阶跃响应； 零状态响应时，写出传递函数，与输入相乘可得零输入响应； 零输入响应可以利用初始条件，通过等效电压电流源的方法，写出系统函数， 从而求得响应，也可利用阶跃响应-零状态响应获得。 波形绘制可以利用 impulse()函数实现，结果求解可以利用 ilaplace()函数，即拉 氏反变换完成。 程序如下： %% 实验三例 2-12 % 201400121100 吕传磊 %14 通信一班 clc; clear; %单位脉冲响应,Ui=1;
实验 报 告
课程名称： 自动控制原理 课题名称： 实验三线性系统时域分析-1
专业班级: 14 通信工程 一班 实验成员: 吕传磊（）
一、实验工具
1、 PC 2、 MATLAB 套件
二、实验目的
1、 熟练掌握 step()函数，impulse()函数，lsim()函数和 initial()函数的使用方法，研
%曲线重合即正确 y=1+1.15.*exp(-0.5.*t).*sin(0.866.*t-2.*pi./3)+0.2.*exp(-0.5.*t).*sin(0.866.*t+pi./6); plot(t,y),hold on; 程序运行结果如下： 其中阶跃响应为两曲线重合曲线，即与时域表达式波形进行了重合验证； 零输入响应为三曲线重合曲线，分别为（阶跃-零状态响应） 、等效法求系统函数、 时域表达式波形。
自动控制原理实验报告《线性控制系统时域分析》
自动控制原理实验报告《线性控制系统时域分析》一、实验目的1. 理解线性时间不变系统的基本概念，掌握线性时间不变系统的数学模型。
2. 学习时域分析的基本概念和方法，掌握时域分析的重点内容。
3. 掌握用MATLAB进行线性时间不变系统时域分析的方法。
二、实验内容本实验通过搭建线性时间不变系统，给出系统的数学模型，利用MATLAB进行系统的时域测试和分析，包括系统的时域性质、单位脉冲响应、单位阶跃响应等。
三、实验原理1. 线性时间不变系统的基本概念线性时间不变系统（Linear Time-Invariant System，简称LTI系统）是指在不同时间下的输入信号均可以通过系统输出信号进行表示的系统，它具有线性性和时不变性两个重要特性。
LTI系统的数学模型可以表示为：y(t) = x(t) * h(t)其中，y(t)表示系统的输出信号，x(t)表示系统的输入信号，h(t)表示系统的冲激响应。
2. 时域分析的基本概念和方法时域分析是一种在时间范围内对系统进行分析的方法，主要涉及到冲激响应、阶跃响应、单位脉冲响应等方面的内容。
针对不同的输入信号，可以得到不同的响应结果，从而确定系统的时域特性。
四、实验步骤与结果1. 搭建线性时间不变系统本实验中，实验者搭建了一个简单的一阶系统，系统的阻尼比为0.2，系统时间常数为1。
搭建完成后，利用信号发生器输出正弦信号作为系统的输入信号。
2. 获取系统的响应结果利用MATLAB进行系统的时域测试和分析，得到了系统的冲激响应、单位阶跃响应和单位脉冲响应等结果。
其中，冲激响应、阶跃响应和脉冲响应分别如下所示：冲激响应：h(t) = 0.2e^(-0.2t) u(t)阶跃响应：H(t) = 1-(1+0.2t) e^(-0.2t) u(t)脉冲响应：g(t) = h(t) - h(t-1)3. 绘制响应图表通过绘制响应图表，可以更好地展示系统的时域性质。
下图展示了系统的冲激响应、阶跃响应和脉冲响应的图表。
自动控制实验一报告线性系统的时域分析
①取R0 = R2 = 100K，R3 = 10K，C = 1uF；R1 = 100K。
实际阶跃响应曲线
②取R0=R2=100K，R3=10K，C=1uF；R1=200K。
实际阶跃响应曲线
6．比例积分微分环节(PID)
(1)方框图：如图1.1-11所示。
(2)传递函数：
实际阶跃响应曲线
5．比例微分环节(PD)
(1)方框图：如图1.1-9所示。
(2)传递函数：
(3)阶跃响应：Uo(t)=KT。
其中K=(R1+R2)/R0,T=(R1R2/(R1+R2)+R3)C,3C,为单位脉冲函数，这是一个面积为ｔ的脉冲函数，脉冲宽度为零，幅值为无穷大，在实际中是得不到的。
(4)模拟电路图：如图1.1-10所示。
2．积分环节(I)
(1)方框图：如右图1.1-3所示。
(2)传递函数：
(3)阶跃响应：(t)其中T=R0C
(4)模拟电路图：如图1.1-4所示。
(5)理想与实际阶跃响应曲线对照：
①取R0 = 200K；C = 1uF。
实际阶跃响应曲线
②取R0 = 200K；C = 2uF。
实际阶跃响应曲线
3．比例积分环节(PI)
实验报告
实验名称线性系统的时域分析
系
计算机工程系
专业
班
姓名
学号
授课老师
预定时间
3月26日20:00-21:30
实验时间
3月26日20:00-21:30
实验台号
23
一、目的要求
1．熟悉并掌握TD-ACC+(或TD-ACS)设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。
自动控制原理_线性系统时域响应分析
自动控制原理_线性系统时域响应分析1.线性系统时域响应概念线性系统是指其输入与输出之间存在线性关系的系统。
时域响应是指系统在时域上对不同输入信号的响应情况。
时域响应可以用系统的微分方程表示，也可以通过系统的冲激响应来表示。
2.常见的线性系统时域响应方法2.1零状态响应零状态响应是指系统在无初始条件下对输入信号的响应。
常用的分析方法有拉氏变换和复频域分析法。
拉氏变换法可以将微分方程转化为代数方程，从而得到系统的传递函数。
复频域分析法通过将时间域信号变换到复频域，进而进行频域分析。
2.2零输入响应零输入响应是指系统在只有初始条件而没有输入信号的情况下的响应。
常用分析方法有状态方程法和拉氏变换法。
状态方程法将系统表示为一组一阶微分方程的形式，通过求解状态方程可以得到系统的零输入响应。
拉氏变换法可以将初始条件转化为代数方程进行求解。
2.3总响应总响应是指系统在有输入信号和初始条件的情况下的响应。
常用分析方法有零输入响应法和零状态响应法。
零输入响应法通过去除输入信号的影响，只考虑系统的初始条件来求解系统的响应。
零状态响应法则相反，通过去除初始条件的影响，只考虑输入信号来求解系统的响应。
最后，将两者相加得到系统的总响应。
3.线性系统时域响应的应用线性系统时域响应的分析方法可以应用于各种实际工程问题中。
例如，可以通过时域响应分析来评估系统的稳定性、性能和抗干扰能力。
此外，时域响应分析也可以用于设计控制器和参数优化。
通过对系统的时域响应进行分析和改进，可以使得系统更加可靠、稳定和高效。
4.总结线性系统时域响应分析是自动控制原理中的重要内容，可以应用于各种实际工程问题中。
本文介绍了线性系统时域响应的概念、方法和应用。
时域响应的分析方法包括零状态响应、零输入响应和总响应分析，分别适用于不同的问题和要求。
了解和掌握线性系统时域响应分析方法对于设计和优化控制系统具有重要意义。
自动控制原理实验报告(自动化专业电子版)
精心整理自动控制原理实验报告课程编号：ME3121023专业班级实验目的和要求：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。
一、12341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：1．2．3．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：6．123、123的原因。
（七）、记录实验数据：、实测实验二二阶系统的性能研究（一）、实验目的：通过实验加深理解二阶系统的性能指标同系统参数的关系。
（二）、实验内容：1、二阶系统的时域动态性能研究；（三）、实验要求：1、做好预习，根据实验原理图所示相应参数，写出系统的开环，闭环传递函数。
（八）、思考与讨论：将实验结果与理论知识作对比，并进行讨论。
实验三系统时域分析实验（一）、实验目的：1、深入掌握二阶系统的性能指标同系统闭环极点位置的关系。
2、掌握高阶系统性能指标的估算方法及开环零、极点同闭环零、极点的关系。
3、能运用根轨迹分析法由开环零极点的位置确定闭环零极点的位置。
线性系统时域分析实验报告
线性系统时域分析实验报告1. 实验目的本实验旨在通过对线性系统的时域分析，加深对线性系统特性的理解和掌握。
2. 实验原理线性系统是指满足叠加性和比例性质的系统。
时域分析是通过观察系统对不同输入信号的响应来研究系统的特性。
在本实验中，我们将研究线性时不变系统（LTI）在时域上的特性，包括冲激响应和单位阶跃响应。
3. 实验步骤3.1 实验准备准备如下实验设备和材料：•示波器•函数发生器•电阻、电容等元件•连接线3.2 实验步骤1.搭建线性系统电路。
根据实验要求选择合适的电路结构，包括电阻、电容等元件。
将信号源（函数发生器）连接到输入端，示波器连接到输出端。
2.设置函数发生器和示波器。
根据实验要求，设置函数发生器以产生不同类型的输入信号，如方波、正弦波等。
调整示波器的时间和电压刻度，以便能够清晰地观察到输出信号的变化。
3.测量冲激响应。
将函数发生器的输出设置为冲激信号，并观察示波器上输出信号的变化。
记录下输出信号的波形和参数，如幅度、延迟等。
4.测量单位阶跃响应。
将函数发生器的输出设置为单位阶跃信号，并观察示波器上输出信号的变化。
记录下输出信号的波形和参数，如幅度、上升时间等。
5.分析实验结果。
根据测量的波形和参数，进一步分析线性系统的特性。
比较不同输入信号对输出信号的影响，讨论线性系统的时域特性。
4. 实验结果分析根据实验测量的波形和参数，我们可以得出以下结论：1.冲激响应：冲激响应是指系统对一个冲激信号的响应。
通过观察冲激响应的波形，我们可以了解系统的频率响应特性。
例如，当系统为低通滤波器时，冲激响应的幅度在低频时较大，在高频时逐渐减小。
2.单位阶跃响应：单位阶跃响应是指系统对一个单位阶跃信号的响应。
通过观察单位阶跃响应的波形，我们可以了解系统的稳定性和响应速度。
例如，当系统为一阶惯性系统时，单位阶跃响应的上升时间较长，而当系统为二阶系统时，单位阶跃响应的上升时间较短。
5. 实验总结通过本实验，我们深入了解了线性系统时域分析的方法和步骤。
线性系统的时域分析实验报告
线性系统的时域分析实验报告《线性系统的时域分析实验报告》在工程和科学领域中，线性系统的时域分析是非常重要的一部分。
通过对系统在时域内的响应进行分析，可以更好地了解系统的性能和特性。
本实验报告将介绍线性系统的时域分析实验，并对实验结果进行详细的分析和讨论。
实验目的：本实验旨在通过对线性系统在时域内的响应进行测量和分析，掌握线性系统的时域特性，包括阶跃响应、脉冲响应和频率响应等，并通过实验数据验证线性系统的性质和特性。
实验装置：1. 线性系统模拟器2. 示波器3. 信号发生器4. 计算机及数据采集卡实验步骤：1. 将线性系统模拟器连接至示波器和信号发生器，并设置合适的参数。
2. 通过信号发生器输入不同的信号波形，如阶跃信号和脉冲信号，观察系统的响应并记录数据。
3. 使用计算机及数据采集卡对系统的频率响应进行测量，并记录实验数据。
4. 对实验数据进行分析和处理，得出系统的时域特性和频率响应曲线。
实验结果：通过实验测量和数据分析，我们得出了线性系统的阶跃响应曲线、脉冲响应曲线和频率响应曲线。
通过对这些曲线的分析，我们可以得出线性系统的时间常数、阻尼比、共振频率等重要参数，进而了解系统的动态特性和稳定性。
实验讨论：在实验中，我们发现线性系统的阶跃响应曲线呈现出指数衰减的特性，脉冲响应曲线表现出系统的冲击响应能力，而频率响应曲线则展现了系统对不同频率信号的传输特性。
通过对这些曲线的分析，我们可以更好地了解系统的性能和特性，为系统的设计和优化提供重要参考。
结论：通过本次实验，我们深入了解了线性系统的时域分析方法和技术，掌握了线性系统的时域特性和频率响应特性的测量和分析方法。
这些知识和技术对于工程和科学领域中的系统设计和控制具有重要的意义，为我们进一步深入研究和应用线性系统提供了重要的基础和支持。
通过本篇文章，我们对线性系统的时域分析实验进行了详细的介绍和分析，希望能够为读者提供有益的信息和启发，对相关领域的研究和实践有所帮助。
控制系统的时域分析实验报告
控制系统的时域分析实验报告实验目的：1.了解控制系统的时域分析方法；2.学习使用MATLAB进行时域分析；3.通过实验验证时域分析的准确性。
实验原理：时域分析是控制系统研究中的一种方法，通过研究系统在时间上的响应来研究系统的动态特性和稳定性。
在时域分析中，常用的方法包括脉冲响应、阶跃响应和正弦响应等。
通过对这些响应进行观察和分析，可以得到系统的各种性能指标，如超调量、响应时间、稳态误差等。
实验步骤：1.使用MATLAB编写程序，生成一个二阶控制系统的传递函数。
2.通过给控制系统输入一定的信号，观察系统的脉冲响应，并记录脉冲响应图像。
3.给控制系统输入一个阶跃信号，观察系统的阶跃响应，并记录阶跃响应图像。
4.给控制系统输入一个正弦信号，观察系统的正弦响应，并记录正弦响应图像。
5.根据实验数据，使用MATLAB分析系统的性能指标，如超调量、响应时间和稳态误差等。
实验结果：通过实验测得的数据和MATLAB分析，得到了控制系统的各种性能指标。
例如，测得的脉冲响应图像显示了系统的初值响应特性；阶跃响应图像显示了系统的过渡过程；正弦响应图像显示了系统的频率响应特性。
通过分析这些响应图像，可以得到系统的超调量、响应时间和稳态误差等指标。
实验结论：1.通过实验和分析，了解了控制系统的时域分析方法；2.掌握了使用MATLAB进行时域分析的技巧；3.实验证明了时域分析在控制系统研究中的重要性和准确性。
实验心得：通过进行控制系统的时域分析实验，我深刻认识到了时域分析在控制系统研究中的重要性。
通过观察和分析系统的脉冲响应、阶跃响应和正弦响应，可以全面了解系统的动态特性和稳定性。
同时，学会了使用MATLAB进行控制系统的时域分析，这将在我未来的研究工作中发挥重要作用。
实验结果验证了时域分析的准确性，这对我提高对控制系统的理解和研究能力有着积极影响。
自动控制实验一报告线性系统的时域分析
自动控制实验一报告线性系统的时域分析一、实验目的掌握线性系统的时域分析方法，建立线性系统的数学模型，研究系统的时域性质。
二、实验原理在自动控制的研究中，线性系统是经常遇到的一类系统，因此，对于线性系统的时域分析方法的掌握具有重要的意义。
线性系统可以表示为：y(t) = G(s)u(t)其中，y(t)表示系统的输出，u(t)表示系统的输入，G(s)为系统的传递函数。
针对线性系统，在时域分析中主要研究一下内容：1. 稳态响应：系统在稳态下对于一个特定输入的响应情况。
2. 瞬态响应：系统对一个突发性的输入信号的反应过程。
4. 零输入响应：在没有输入信号的作用下，系统根据初始条件的不同，会有不同的响应状态。
三、实验步骤1. 确定被测对象，建立数学模型。
2. 给被测系统输入信号，并观测系统的响应情况。
3. 分别计算系统的稳态响应、瞬态响应、零状态响应、零输入响应。
4. 根据实验结果，分析线性系统的时域性质。
四、实验结果假设被测系统的传递函数为：G(s) = 2/(s^2 + 2s + 1)1. 稳态响应当输入信号为u(t) = sin(t)时，系统的稳态响应为：经过计算得出：y(t) = 2/5 * sin(t) - 4/5 * cos(t) + 2/5 * e^(-t) * sin(t)在初始条件下，假设系统的输出为y(0) = 0，y'(0) = 0。
4. 零输入响应系统的零输入响应为：五、实验分析稳态响应，是系统对于一个恒定输入后达到的一种平衡状态，这种状态表现为系统的响应有一定的规律性，产生一种熟悉的模式。
瞬态响应，是系统对于一个突然性变化的输入信号的快速反应过程，这种响应不仅和输入信号有关系，还与系统的特性有关系。
零状态响应，是假设不存在任何输入信号的情况下，系统的响应，只和系统自身的初始状态有关系，一旦有一个初始状态就可以对未来的响应进行预测。
零输入响应，是假设没有输入信号的情况下，系统本身状态的演化过程，也被称为自由响应。
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实验一线性控制系统时域分析
1、设控制系统如图1 所示，已知K＝100，试绘制当H分别取H＝0.1 ，0.2
0.5，1, 2，5，10 时，系统的阶跃响应曲线。
讨论反馈强度对一阶
系统性能有何影响？
图1
答:
A、绘制系统曲线程序如下：
s=tf('s');
p1=(1/(0.1*s+1));
p2=(1/(0.05*s+1));
p3=(1/(0.02*s+1));
p4=(1/(0.01*s+1));
p5=(1/(0.005*s+1));
p6=(1/(0.002*s+1));
p7=(1/(0.001*s+1));
step(p1);hold on;
step(p2);hold on;
step(p3);hold on;
step(p5);hold on;
step(p6);hold on;
step(p7);hold on;
B 、绘制改变H 系统阶跃响应图如下：
00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Step Response
Time (seconds)
A m p l i t u d e
结论：
H 的值依次为0.1、0.2、0.5、1、2、5、10做响应曲线。
matlab 曲线默认从第一条到第七条颜色依次为蓝、黄、紫、绿、红、青、黑，图中可知随着H 值得增大系统上升时间减小，调整时间减小，有更高的快速性。
2、 二阶系统闭环传函的标准形式为
22
2()2n
n n
s s s ωψξωω=++，设已知
n ω＝4，试绘制当阻尼比ξ分别取0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1,
1.5, 2, 5
等值时，系统的单位阶跃响应曲线。
求出ξ取值 0.2 ，0.5 ，0.8时的超调量，并求出ξ取值 0.2 ，0.5 ，0.8，1.5，5时的调节时间。
讨论阻尼比变化对系统性能的影响。
答：
A、绘制系统曲线程序如下：
s=tf('s');
p1=16/(s^2+1.6*s+16);
p2=16/(s^2+3.2*s+16);
p3=16/(s^2+4.8*s+16);
p4=16/(s^2+6.4*s+16);
p5=16/(s^2+8*s+16);
p6=16/(s^2+12*s+16);
p7=16/(s^2+16*s+16);
p8=16/(s^2+40*s+16);
step(p1);hold on;
step(p2);hold on;
step(p3);hold on;
step(p4);hold on;
step(p5);hold on;
step(p6);hold on;
step(p7);hold on;
step(p8);hold on;
B、绘制系统阶跃响应图如下：
C、ξ取值为0.2、0.5、0.8、1.5、5时的参数值。
结论：在欠阻尼条件下随着阻尼比增加总会有一个最佳值使得系统在欠阻尼时超调量最小稳定性最佳，上升时间和调整时间最小，此时系统快速性最快。
在过阻尼条件下，随着阻尼比增加超调量一直为0，稳定性较好，但是调整时间逐渐增加，快速性差。
3、已知系统参数如上题相同，试绘制系统的单位斜坡响应曲线。
答：
A、绘制系统曲线程序如下：
s=tf('s');
p1=16/(s^2+1.6*s+16)*(1/s);
p2=16/(s^2+3.2*s+16)*(1/s);
p3=16/(s^2+4.8*s+16)*(1/s);
p4=16/(s^2+6.4*s+16)*(1/s);
p5=16/(s^2+8*s+16)*(1/s);
p6=16/(s^2+12*s+16)*(1/s); p7=16/(s^2+16*s+16)*(1/s); p8=16/(s^2+40*s+16)*(1/s); step(p1);hold on;
step(p2);hold on;
step(p3);hold on;
step(p4);hold on;
step(p5);hold on;
step(p6);hold on;
step(p7);hold on;
step(p8);hold on;
B、绘制系统斜坡响应图如下：
4、 设控制系统如图2所示。
2
当控制器传函分别为2141
1;;s s s
时，试绘制出输入信号分别为单位阶跃和单位
斜坡时系统的响应曲线，并求出对应的稳态误差。
答：、 （1）
A 、绘制系统阶跃响应曲线程序如下： t=0:0.1:20; s=tf('s');
p1=1/(s+1); p2=(1/s)*p1;
p3=((4*s+1)/s^2)*p1; y1=feedback(p1,1); y2=feedback(p2,1); y3=feedback(p3,1); step(y1,t);hold on; step(y2,t);hold on; step(y3,t);hold on;
n1=step(y1,t); n2=step(y2,t); n3=step(y3,t);
er1=1-n1(length(t)); er2=1-n2(length(t)); er3=1-n3(length(t))；
B 、绘制系统阶跃响应曲线如下图：
er1= 0.500000000000000000；
er2= -2.42939948020826e-05；
er3= 0.000335246741297923；
（2）
A、绘制系统斜坡响应曲线程序如下：t=0:0.1:20;
s=tf('s');
p1=1/(s+1);
p2=(1/s)*p1;
p3=((4*s+1)/s^2)*p1;
y1=feedback(p1,1);
y2=feedback(p2,1);
y3=feedback(p3,1);
y11=y1*(1/s);
y21=y2*(1/s);
y31=y3*(1/s);
step(y11,t);hold on;
step(y21,t);hold on;
step(y31,t);hold on;
n1=step(y11,t);
n2=step(y21,t);
n3=step(y31,t);
er1=1-n1(length(t));
er2=1-n2(length(t));
er3=1-n3(length(t));
B、绘制系统斜坡响应曲线如下图：
C、系统阶跃响应稳态误差如下：er1= -8.75000000000002；
er2= -18.0000280836500；
er3= -18.9988705552240；。