自控实验二
自控原理实验报告
实验一典型环节的电路模拟比例（P）环节若比例系数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。
积分（I）环节积分时间常数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)；比例积分(PI)环节若取比例系数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=R2C=100K×10uF=1)；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=R2C=100K×1uF=0.1S)。
比例微分(PD)环节若比例系数K=1、微分时间常数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)；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)；比例积分微分(PID)环节若比例系数K=2、积分时间常数T I =0.1S、微分时间常数T D =0.1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C1=1uF、C2=1uF (K= (R1 C1+ R2 C2)/ R1 C2=2，T I=R1C2=100K×1uF=0.1S，T D=R2C1=100K ×1uF=0.1S)；若比例系数K=1.1、积分时间常数T I =1S、微分时间常数T D =0.1S时，电路中的参数取：R1=100K，R2=100K，C1=1uF、C2=10uF (K= (R1 C1+ R2 C2)/ R1 C2=1.1，T I=R1C2=100K×10uF=1S，T D=R2C1=100K ×1uF=0.1S)；惯性环节若比例系数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)。
自动控制原理实验二阶系统的阶跃响应
自动控制原理实验二阶系统的阶跃响应一、实验目的通过实验观察和分析阶跃响应曲线，了解二阶系统的动态特性，掌握用MATLAB仿真二阶系统阶跃响应曲线的绘制方法，提高对二阶系统动态性能指标的计算与分析能力。
二、实验原理1.二阶系统的传递函数形式为：G(s)=K/[(s+a)(s+b)]其中，K为系统增益，a、b为系统的两个特征根。
特征根的实部决定了系统的稳定性，实部小于零时系统稳定。
2.阶跃响应的拉氏变换表达式为：Y(s)=G(s)/s3.阶跃响应的逆拉氏变换表达式为：y(t)=L^-1{Y(s)}其中，L^-1表示拉氏逆变换。
三、实验内容1.搭建二阶系统，调整增益和特征根，使系统稳定，并记录实际的参数数值。
2.使用MATLAB绘制二阶系统的阶跃响应曲线，并与实际曲线进行对比分析。
四、实验步骤1.搭建二阶系统，调整增益和特征根，使系统稳定。
根据实验要求，选择适当的数字电路元件组合，如电容、电感、电阻等，在实际电路中搭建二阶系统。
2.连接模拟输入信号。
在搭建的二阶系统的输入端接入一个阶跃信号发生器。
3.连接模拟输出信号。
在搭建的二阶系统的输出端接入一个示波器，用于实时观察系统的输出信号。
4.调整增益和特征根。
通过适当调整二阶系统的增益和特征根，使系统达到稳定状态。
记录实际调整参数的数值。
5.使用MATLAB进行仿真绘制。
根据实际搭建的二阶系统参数，利用MATLAB软件进行仿真，绘制出二阶系统的阶跃响应曲线。
6.对比分析实际曲线与仿真曲线。
通过对比分析实际曲线与仿真曲线的差异，分析二阶系统的动态特性。
五、实验结果与分析1.实际曲线的绘制结果。
根据实际参数的输入，记录实际曲线的绘制结果，并描述其特点。
2.仿真曲线的绘制结果。
利用MATLAB软件进行仿真，绘制出仿真曲线，并与实际曲线进行对比分析。
3.实际曲线与仿真曲线的对比分析。
通过对比实际曲线与仿真曲线的差异，分析二阶系统的动态特性，并讨论影响因素。
六、实验讨论与结论1.实验过程中遇到的问题。
实验二北京科技大学自控实验(3)
【自我实践4-1】某单位负反馈系统的开环传递函数()(1)(2)kG s s s s =++，求(1) 当k=4时，计算系统的增益裕度，相位裕度，在Bode 图上标注低频段斜率，高频段斜率及低频段、高频段的渐近相位角。
(2) 如果希望增益裕度为16dB ，求出响应的k 值，并验证。
(1)当K=4时>> num=[4]; den=[1,3,2,0]; G=tf(num,den)[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G) bode(num,den) gridtitle(′Bode Diagram of G(s)=4/[s(s+1)(s+2)] ′) G =4----------------- s^3 + 3 s^2 + 2 sContinuous -time transfer function.Gm =1.5000,Pm =11.4304,Wcg =1.4142,Wcp =1.1431 title(′Bode Diagram of G(s)=4/[s(s+1)(s+2)] ′)低频段斜率为-20dB/dec ，高频段斜率为-60dB/dec ，低频段渐近相位角为-90度，高频段的渐近相位角为-270度。
增益裕度GM=1.5000dB/dec ，相位裕度Pm=11.4304度 （2）当增益裕度为16dB 时，算得K=0.951,对应的伯德图为：>> num=[0.951]; den=[1,3,2,0]; G=tf(num,den)[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G) bode(num,den) gridtitle(′Bode Diagram of G(s)=4/[s(s+1)(s+2)] ′) G = 0.951 ----------------- s^3 + 3 s^2 + 2 sContinuous -time transfer function.Gm =6.3091,Pm =54.7839,Wcg =1.4142,Wcp =0.4276 title(′Bode Diagram ′)【自我实践4-2】系统开环传递函数()(0.51)(0.11)kG s s s s =++，试分析系统的稳定性。
自动控制原理实验——二阶系统的动态过程分析
实验二二阶系统的动态过程分析一、 实验目的1. 掌握二阶控制系统的电路模拟方法及其动态性能指标的测试技术。
2. 定量分析二阶系统的阻尼比ξ和无阻尼自然频率n ω对系统动态性能的影响。
3. 加深理解“线性系统的稳定性只与其结构和参数有关，而与外作用无关”的性质。
4. 了解和学习二阶控制系统及其阶跃响应的Matlab 仿真和Simulink 实现方法。
二、 实验内容1. 分析典型二阶系统()G s 的ξ和n ω变化时，对系统的阶跃响应的影响。
2. 用实验的方法求解以下问题：设控制系统结构图如图2.1所示，若要求系统具有性能：%20%,1,p p t s σσ===试确定系统参数K 和τ，并计算单位阶跃响应的特征量d t ，r t 和s t 。
图2.1 控制系统的结构图3. 用实验的方法求解以下问题：设控制系统结构图如图2.2所示。
图中，输入信号()r t t θ=，放大器增益AK 分别取13.5，200和1500。
试分别写出系统的误差响应表达式，并估算其性能指标。
图2.2 控制系统的结构图三、实验原理任何一个给定的线性控制系统，都可以分解为若干个典型环节的组合。
将每个典型环节的模拟电路按系统的方块图连接起来，就得到控制系统的模拟电路图。
通常，二阶控制系统222()2nn nG ssωξωω=++可以分解为一个比例环节、一个惯性环节和一个积分环节，其结构原理如图 2.3所示，对应的模拟电路图如图2.4所示。
图2.3 二阶系统的结构原理图图2.4 二阶系统的模拟电路原理图图2.4中：()(),()()r cu t r t u t c t==-。
比例常数（增益系数）21RKR=，惯性时间常数131T R C=，积分时间常数242T R C=。
其闭环传递函数为：12221112()1()(1)crKU s TTKKU s T s T s K s sT TT==++++(0.1) 又：二阶控制系统的特性由两个参数来描述，即系统的阻尼比ξ和无阻尼自然频率n ω。
【自控原理实验】实验二 典型系统动态性能和稳定性分析
实验二典型系统动态性能和稳定性分析一．实验目的1．学习和掌握动态性能指标的测试方法。
2．研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。
二．实验内容1．观测二阶系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。
2．观测三阶系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。
三．实验步骤1．熟悉实验箱，利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录中的图2.1.1和图2.1.2，设计并连接由一个积分环节和一个惯性环节组成的二阶闭环系统的模拟电路（如用U9、U15、U11和U8连成）。
注意实验接线前必须对运放仔细调零（出厂已调好，无需调节）。
信号输出采用U3单元的O1、信号检测采用U3单元的I1、锁零接U3单元的G1。
2．利用实验设备观测该二阶系统模拟电路的阶跃特性，并测出其超调量和调节时间。
3．改变该二阶系统模拟电路的参数，观测参数对系统动态性能的影响。
4．利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录中的图2.2.1和图2.2.2，设计并连接由一个积分环节和两个惯性环节组成的三阶闭环系统的模拟电路（如用U9、U15、U11、U10和U8连成）。
5．利用实验设备观测该三阶系统模拟电路的阶跃特性，并测出其超调量和调节时间。
6．改变该三阶系统模拟电路的参数，观测参数对系统稳定性与动态指标的影响。
7．分析实验结果，完成实验报告。
软件界面上的操作步骤如下：①按通道接线情况:通过上位机界面中“通道选择”选择I1、I2路A/D通道作为被测环节的检测端口,选择D/A通道的O1（“测试信号1”）作为被测对象的信号发生端口.不同的通道,图形显示控件中波形的颜色将不同。
②硬件接线完毕后,检查USB口通讯连线和实验箱电源后，运行上位机软件程序,如果有问题请求指导教师帮助。
③进入实验模式后，先对显示模式进行设置：选择“X-t 模式”；选择“T/DIV ”为1s/1HZ 。
自控实验—二三阶系统动态分析
自控实验—二三阶系统动态分析在自控实验中，二、三阶系统动态分析是非常重要的一部分。
通过对系统的动态性能进行分析，可以评估系统的稳定性、响应速度和稳态误差等方面的性能。
本次实验将使用PID控制器对二、三阶系统进行实时控制，并通过实验数据对系统进行动态分析。
首先，我们先了解什么是二、三阶系统。
在控制系统中，系统的阶数表示系统传递函数的阶数，也可以理解为系统动态特性的复杂程度。
二阶系统由两个极点和一个零点组成，三阶系统由三个极点和一个零点组成。
二、三阶系统的动态响应特性与极点位置有关，不同的极点位置对系统的稳定性、响应速度和稳态误差等性能有着不同的影响。
在实验中，我们将使用PID控制器对二、三阶系统进行控制。
PID控制器是一种经典的比例-积分-微分控制器，可以根据误差信号进行调节，通过调整比例系数、积分时间和微分时间来控制系统的响应特性。
实验中，我们将根据二、三阶系统的实时数据进行PID参数调整，以达到控制系统的稳定和快速响应的目的。
在进行实验前，我们首先需要对二、三阶系统进行建模。
二、三阶系统的传递函数通常表示为：二阶系统：G(s) = K / (s^2 + 2ξω_ns + ω_n^2)三阶系统：G(s) = K / (s^3 + 3ξω_ns^2 + 3ω_n^2s + ω_n^3)其中，K表示系统的增益，ξ表示系统的阻尼比，ω_n表示系统的自然频率。
通过实验数据的统计和分析，我们可以估计出系统的K、ξ和ω_n的值，并据此进行PID参数的调整。
接下来，我们进行实验。
我们首先将PID控制器的参数设为初始值，然后对系统进行实时控制，并记录系统输出的数据。
通过对这些数据进行分析，我们可以得到系统的稳态误差、响应时间和超调量等性能指标。
对于二阶系统，我们将分析以下几个方面的性能：1.稳态误差：通过比较实际输出值与目标值之间的差异，可以得到系统的稳态误差。
常见的稳态误差有零稳态误差、常数稳态误差和比例稳态误差等。
自控原理二阶系统阶跃响应及性能分析实验报告
广州大学学生实验报告开课学院及实验室:工程北531 2014年 11 月 30日学院机械与电气工程学院年级、专业、班电气123 姓名陈海兵学号1207300045实验课程名称自动控制原理实验成绩实验项目名称实验二二阶系统阶跃响应及性能分析指导老师姚菁一、实验目的1、掌握控制系统时域响应曲线的绘制方法;2、研究二阶系统特征参数对系统动态性能的影响,系统开环增益与时间常数对稳定性的影响。
3、能够计算阶跃响应的瞬态性能指标,对系统性能进行分析。
二、实验内容实验１、典型二阶系统闭环传递函数(1) 试编写程序,绘制出当ωn=6, ζ分别为0、1,0、4,0、7,1,1、3 时的单位阶跃响应;(2)试编写程序,绘制出当ζ=0、7, ωn 分别为2,4,6,8,10 时的单位阶跃响应;(3) 对上述各种单位阶跃响应情况加以讨论、实验2、设单位反馈系统的开环传递函数为若要求系统的阶跃响应的瞬态性能指标为σp=10%,t s (5%) = 2s、试确定参数K 与a 的值, 并画出阶跃响应曲线,在曲线上标出σp、t s(5%)的数值。
实验3、设控制系统如图2-1所示。
其中(a)为无速度反馈系统,(b)为带速度反馈系统,试(1)确定系统阻尼比为0、5 时的K1值;(2) 计算并比较系统(a)与(b)的阶跃响应的瞬态性能指标;(3)画出系统(a)与(b)阶跃响应曲线,在曲线上标出σp、t s(5%)的数值,以验证计算结果。
图2-1三、使用仪器、材料计算机、MATLAB 软件四、实验过程原始记录(程序、数据、图表、计算等) 1、运行Matlab 软件;2、在其命令窗口中输入有关函数命令或程序。
涉及的主要命令有:step()实验1:为便于比较,可用hold on 指令将多条曲线放在一个图中。
进一步,为清楚起见,用legend 指令在图中加注释。
部分结果如图2-2所示。
图2-2实验2:首先与二阶系统闭环传递函数的标准形式比较,求出参数K1、a与阻尼系数、自然频率的关系,再由对系统的阶跃响应的瞬态性能指标要求,求出参数K1、a,再用step()画出即可。
自动控制原理实验典型环节及其阶跃响应,二阶系统阶跃
实验一、典型环节及其阶跃响应实验目的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的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。
实验内容构成下述典型环节的模拟电路，并测量其阶跃响应。
比例环节的模拟电路及其传递函数示图2-1。
G(S)=-R2/R1惯性环节的模拟电路及其传递函数示图2-2。
G(S)=-K/TS+1 K=R2/R1 ,T=R2*C积分环节的模拟电路及其传递函数示图2-3。
G(S)=1/TS T=RC微分环节的模拟电路及其传递函数示图2-4。
G(S)=-RCS比例加微分环节的模拟电路及其传递函数示图2-5。
G(S)=-K(TS+1) K=R2/R1 T=R2C比例加积分环节的模拟电路及其传递函数示图2-6。
G(S)=K(1+1/TS) K=R2/R1,T=R2C软件使用1、打开实验课题菜单，选中实验课题。
2、在课题参数窗口中，填写相应AD，DA或其它参数。
3、选确认键执行实验操作，选取消键重新设置参数。
实验步骤1、连接被测量典型环节的模拟电路及D/A、A/D连接，检查无误后接通电源。
2、启动应用程序，设置T和N。
参考值：T=0.05秒,N=200。
3、观测计算机屏幕示出的响应曲线及数据记录波形及数据(由实验报告确定)。
实验报告1、画出惯性环节、积分环节、比例加微分环节的模拟电路图，用坐标纸画出所有记录的惯性环节、积分环节、比例加微分环节的响应曲线。
2、由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由电路计算的结果相比较。
实验二二阶系统阶跃响应一、实验目的1、研究二阶系统的特征参数，阻尼比ζ和无阻尼自然频ωn 对系统动态性能的影响，定量分析ζ和ωn与最大超调量Mp和调节时间 ts 之间的关系。
2、进一步学习实验仪器的使用方法。
3、学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。
二、实验原理及电路典型二阶系统的闭环传递函数为其中ζ和ωn对系统的动态品质有决定的影响。
自控原理II实验采样系统校正报告
采样系统校正一、实验目的1．掌握用连续系统设计方法对采样系统进行设计。
2．掌握采样系统中采样周期的选择方法。
二、实验内容采样控制系统如图10-1所示，选择合理的采样周期，设计串联校正装置的参数k 、a 和b ，使校正后系统满足的期望性能为：Mp ≤5%，tp ≤0.5秒。
图10-1 采样控制系统三、实验步骤1、 从期望的性能指标，求出2阶系统的期望极点。
*17.077.07j λ=-+*27.077.07j λ=--2、 按照串联校正的设计方法，设计校正装置参数k 、a 和b 。
（1） 设计校正器为：s a ks b ++ 使得它的一个零点与可控对象的一个极点抵消，加入校正器后，开环传递函数为：()010()kG s s s b ∴=+（2）加入校正器后，特征多项式为：2100s b s k ++=（3）利用期望极点求出希望的特征多项式：**212det()()()14.1100sI A B K s s s s λλ--=--=++（4） 对比（2）、（3）步中的特征多项式，求出K 和b 。
K=10 a=0.1 b=14.13、在MA TLAB环境下，对校正后的系统性能进行仿真验证。
四、实验结果：T：0.5ST：0.1ST：0.01ST：0.005S结论：采样周期设置得越小，超调量越小，峰值时间也越小，五、思考题1、将连续系统的设计方法用于采样系统设计，应注意那些问题？注意采样周期的选择。
2、设计采样系统的校正网络，可采用那些方法？如果性能指标以单位阶跃响应的峰值时间、调整时间、超条量、阻尼比等时域特征量给出时，一般采样根轨迹校正。
如果性能指标以稳定裕量的形式给出，采用频率法校正。
自控实验报告实验二
自控实验报告实验二一、实验目的本次自控实验的目的在于深入理解和掌握控制系统的性能指标以及相关参数对系统性能的影响。
通过实验操作和数据分析，提高我们对自控原理的实际应用能力，培养解决实际问题的思维和方法。
二、实验设备本次实验所使用的设备主要包括：计算机一台、自控实验箱一套、示波器一台、信号发生器一台以及相关的连接导线若干。
三、实验原理在本次实验中，我们主要研究的是典型的控制系统，如一阶系统和二阶系统。
一阶系统的传递函数通常表示为 G(s) ＝ K ／（Ts ＋ 1)，其中 K 为增益，T 为时间常数。
二阶系统的传递函数则可以表示为 G(s) ＝ωn² ／（s²＋2ζωn s ＋ωn²)，其中ωn 为无阻尼自然频率，ζ 为阻尼比。
通过改变系统的参数，如增益、时间常数、阻尼比等，观察系统的输出响应，从而分析系统的稳定性、快速性和准确性等性能指标。
四、实验内容与步骤1、一阶系统的阶跃响应实验按照实验电路图连接好实验设备。
设置不同的时间常数 T 和增益 K，通过信号发生器输入阶跃信号。
使用示波器观察并记录系统的输出响应。
2、二阶系统的阶跃响应实验同样按照电路图连接好设备。
改变阻尼比ζ 和无阻尼自然频率ωn，输入阶跃信号。
用示波器记录输出响应。
五、实验数据记录与分析1、一阶系统当时间常数 T ＝ 1s，增益 K ＝ 1 时，系统的输出响应呈现出一定的上升时间和稳态误差。
随着时间的推移，输出逐渐稳定在一个固定值。
当 T 增大为 2s，K 不变时，上升时间明显变长，系统的响应速度变慢，但稳态误差基本不变。
2、二阶系统当阻尼比ζ ＝ 05，无阻尼自然频率ωn ＝ 1rad/s 时，系统的输出响应呈现出较为平稳的过渡过程，没有明显的超调。
当ζ 减小为 02，ωn 不变时，系统出现了较大的超调，调整时间也相应变长。
通过对实验数据的分析，我们可以得出以下结论：对于一阶系统，时间常数 T 越大，系统的响应速度越慢；增益 K 主要影响系统的稳态误差。
自控实验报告实验二
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。
3．熟练掌握系统的稳定性的判断方法。
二、实验内容1．观察函数step( )和impulse( )的调用格式，假设系统的传递函数模型为146473)(2342++++++=s s s s s s s G可以用几种方法绘制出系统的阶跃响应曲线？试分别绘制。
2．对典型二阶系统2222)(nn n s s s G ωζωω++= 1）分别绘出)/(2s rad n =ω，ζ分别取0,0.25,0.5,1.0和2.0时的单位阶跃响应曲线，分析参数ζ对系统的影响，并计算ζ=0.25时的时域性能指标ss s p r p e t t t ,,,,σ。
2）绘制出当ζ=0.25, n ω分别取1,2,4,6时单位阶跃响应曲线，分析参数nω对系统的影响。
3．单位负反馈系统的开环模型为)256)(4)(2()(2++++=s s s s Ks G试判断系统的稳定性，并求出使得闭环系统稳定的K 值范围。
三、实验报告1．观察函数step( )和impulse( )的调用格式，假设系统的传递函数模型为146473)(2342++++++=s s s s s s s G 可以用几种方法绘制出系统的阶跃响应曲线？试分别绘制。
1) 程序代码如下： >> num=[1 3 7];den=[1 4 6 4 1 0]; impulse(num,den) grid曲线如下：2) 程序代码如下：num=[1 3 7 0]; den=[1 4 6 4 1 0]; step(num,den) grid曲线如下：2．对典型二阶系统2222)(nn n s s s G ωζωω++= 1）分别绘出)/(2s rad n =ω，ζ分别取0,0.25,0.5,1.0和2.0时的单位阶跃响应曲线，分析参数ζ对系统的影响，并计算ζ=0.25时的时域性能指标ss s p r p e t t t ,,,,σ。
自控实验
实验一典型环节的模拟研究1.各典型环节的方块图及传函2.各典型环节的模拟电路图及输入响应3.实验内容及步骤⑴观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线。
①准备：使用运放处于工作状态。
将信号源单元（U1 SG）的ST端（插针）与+5V端（插针）用“短路块”短接，使模拟电路中的场效应管（3DJ6）夹断，这时运放处于工作状态。
②阶跃信号的产生：电路可采用图1-1所示电路，它由“单脉冲单元”（U13 SP）及“电位器单元”（U14 P）组成。
图1-1具体线路形成：在U13SP单元中，将H1与+5V插针用“短路块”短接，H2插针用排线接至U14P单元的X 插针；在U14P单元中，将Z插针和GND插针用“短路块”短接，最后由插座的Y端输出信号。
以后实验若再用到阶跃信号时，方法同上，不再赘述。
实验步骤：①按2中的各典型环节的模拟电路图将线接好（先按比例）。
（PID先不接）②将模拟电路输入端（U1）与阶跃信号的输入端Y相联接；模拟电路的输入端（U0）接至示波器。
③按下按钮（或松平按钮）H时，用示波器观测输出端的实际响应曲线U0(t)，且将结果记下。
改变比例参数，重新观测结果。
④同理得出比例、积分、比例积分、比例微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见表1-1。
⑵观察PID环节响应曲线。
实验步骤：①此时U1采用U1 SG单元的周期性方波信号（U1单元的ST的插针改为与S插针用“短路块”短接，S11波段开关置于“阶跃信号”档，“OUT”端的输出电压即为阶跃信号电压，信号周期由波段开关S12和电位器W11调节，信号幅值由电位器W12调节。
以信号幅值小、信号周期较长比较适宜）。
②参照2中的PID模拟电路图，将PID环节搭接好。
③将①中产生的周期性方波信号加到PID环节的输入端（U1），用示波器观测PID输出端（U0），改变电路参数，重新观测并记录。
实验二 典型系统瞬态响应和稳定性1．典型二阶系统①典型二阶系统的方块图及传函图2-1是典型二阶系统原理方块图，其中T 0=1S ，T 1=0.1S ，K 1分别为10、5、2.5、1。
自控实验—二、三阶系统动态分析
实验二．二、三阶系统动态分析一．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．学习虚拟仪器（超抵频示波器）的使用方法； 4．使用MATLAB 仿真软件进行时域法分析； 5．了解虚拟实验的使用方法。
二．实验设备及仪器1．模拟实验箱； 2．低频信号发生器；3．虚拟仪器(低频示波器)； 4．计算机；5．MATLABL 仿真软件。
三．实验原理及内容实验原理：1、二阶系统的数学模型系统开环传递函数为系统闭环传递函数为2、 二阶系统暂态性能(a) 延迟时间t d : 系统响应从 0 上升到稳态值的 50% 所需的时间。
)2s (s n 2nςω+ω为阻尼比（，为无阻尼自然振荡频率其中：ςωω+ςω+ω==n 2nn 22ns 2s )s (G )s (R )s (C(b) 上升时间t r : 对于欠阻尼系统是指 , 系统响应从 0 上升到稳态值所需的时间 ; 对于过阻尼系统则指 , 响应从稳态值的 10% 上升到 90% 所需的时间。
(c) 峰值时间t p : 系统响应到达第一个峰值所需的时间。
(d) 最大超调量σp ( 简称超调量 ) : 系统在暂态过程中输出响应超过稳态值的最大偏离量。
通常以单位阶跃响应稳态值的百分数来表示 , 即%100e e esin 1e)t sin(1e1)y(t )y()y()y(t σ22pn pn pn 11t 2t p d 2t p p p ⨯===-=+--=-=∞∞-=-------ζπζζπζζωζωζωϕζϕωζ超调量)t sin(1e 1)t (y d 2tn ϕωζζω+--=- 2n d p d 1ωπωπt 0)t sin()t (y ζω-==∴= 峰值时间求导可得对dr t t ωπt 1y(t)rϕ-=== 可令2n21n πϕωξ-=-t ≈n2d n d 2.06.01t 7.01ως+ς+ως+≈或n2d n d2.06.01t 7.01t ως+ς+≈ως+≈或(e) 调节时间t s : 系统响应到达并不再越出稳态值的容许误差带±Δ所需的最短时间 , 即通常取Δ为稳态值的 5% 或 2% 。
自动控制实验报告二-二阶系统阶跃响应
实验二二阶系统阶跃响应一、实验目的1．研究二阶系统的特征参数，阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn对系统动态性能的影响。
定量分析ζ和ωn与最大超调量Mp和调节时间t S之间的关系。
2．进一步学习实验系统的使用方法3．学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。
二、实验仪器1．EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台2．计算机一台三、实验原理1．模拟实验的基本原理：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。
若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。
2. 域性能指标的测量方法：超调量Ó%：1）启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。
2) 检查USB线是否连接好，在实验项目下拉框中选中实验，点击按钮，出现参数设置对话框设置好参数，按确定按钮，此时如无警告对话框出现表示通信正常，如出现警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以继续进行实验。
3)连接被测量典型环节的模拟电路。
电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将两个积分电容连在模拟开关上。
检查无误后接通电源。
4)在实验项目的下拉列表中选择实验二[二阶系统阶跃响应] 。
5)鼠标单击按钮，弹出实验课题参数设置对话框。
在参数设置对话框中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果6)利用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，代入下式算出超调量：Y MAX - Y∞Ó%=——————×100%Y∞T P与T P：利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%稳态值所需的时间值，便可得到T P与T P。
自控实验二-典型系统时域响应_06
实验开始！ 独立思考，抓紧时间。
时间：2节课实验二典型系统瞬态响应 和稳定性
I、二阶系统 : 超调Mp(%)、峰值时间tp、调节时间ts（±2％） 阻尼＝1，<1，>1三种情况 II、三阶系统 （稳定性）： 稳定(阶跃响应衰减)、 临界稳定(等幅振荡)、 不稳定（发散）
Mp(%)、峰值时间tp、调节时间ts
1、Mp(%)＝（Cmax—C稳定值）/ C稳定值 2、峰值时间tp，第一次到达最大值的时间 3、调节时间ts，第一次到达输出稳定值的± 2％ 的误差带的时间。 4、利用示波器测量时间差。
欠阻尼系统
1、点击“停止”按钮； 2、移动四个游标线；观察、测量：Mp(%)，tp，ts；
改变参数，按照实验步骤，依次观察、测量3种阻尼状态
三阶系统 1、先做系统稳定 （阶跃响应衰减）
2、减小电阻R，逼 近临界稳定 （等幅振荡）
3、系统输出不稳定 （发散）
实验要求：
按照实验步骤，完成所有内容！！！ 对比记录所观察的波形，及记录和分析 性能指标； 记录结果，反应在实验报告！
两个图对比： 积分和惯性环 节的实现
每个环节 如何用模 块来实现
反馈别忘 记接！ 记接
每个模块的连线
反相器
1、通过电阻值的改变实现系统参数的变化，实现三种阻尼情况； 2、运放的反向功能，构成负反馈回路；
三阶系统 ：稳定性（在不同开环增益下的响应情况）
I.
稳定衰减收敛 逼近：临界稳定等幅振荡 不稳定发散
II.
III.
三阶系统
1、R=41.7K的调节问题； 2、建议先将电阻R调节大于41.7K，先观察稳定系统响应， 再调小电阻R观察其它的情况（逼近临界稳定、不稳定）。
实验要求：
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。
自控实验报告二 控制系统的暂态特性分析
实验2 控制系统的暂态特性分析一、实验目的1. 学习和掌握利用 MATLAB 进行系统时域响应求解和仿真的方法。
2. 考察二阶系统的时间响应，研究二阶系统参数对系统暂态特性的影响。
二、实验原理1. 系统的暂态性能指标控制系统的暂态性能指标常以一组时域量值的形式给出，这些指标通常由系统的单位阶跃响应定义出来，这些指标分别为：（1）延迟时间td：响应曲线首次到达稳态值的 50%所需的时间。
（2）上升时间tr：响应曲线从稳态值的 10%上升到 90%所需要的时间长，对于欠阻尼系统，通常指响应曲线首次到达稳态值所需的时间。
（3）峰值时间tp：响应曲线第一次到达最大值的时间。
（4）调整时间ts：响应曲线开始进入并保持在允许的误差（±2%或±5%）范围内所需要的时间。
（5）超调量σ：响应曲线的最大值和稳态值之差，通常用百分比表示其中y(t)为响应曲线。
在 MATLAB 中求取单位阶跃响应的函数为 step，其使用方法如下step(sys) 在默认的时间范围内绘出系统响应的时域波形step(sys,T) 绘出系统在 0 – T 范围内响应的时域波形step(sys,ts:tp:te) 绘出系统在 ts – te 范围内，以 tp 为时间间隔取样的响应波形[y,t] = step(…) 该调用格式不绘出响应波形，而是返回响应的数值向量及其对应的时间向量。
系统的暂态性能指标可以根据上述定义，在响应曲线上用鼠标读取关键点或通过搜索曲线对应的数值向量中关键点来确定。
2. LTI Viewer 工具在 MATLAB 中提供了线性时不变系统仿真的工具 LTI Viewer，可以方便地观察系统的响应曲线和性能指标。
在命令窗口中键入 litview 即可启动 LTI Viewer。
这里简要介绍 LTIViewer 工具的使用方法。
1）【File】菜单Import 选项：可以从 Workspace 或 MAT 文件中导入系统模型。
大学生自我控制能力测量 2
闽南师范大学
心理实验报告
姓名：学号：班级：成绩：
主试：段宁被试：自己的名字实验组：可以不写实验时间：2013年11月实验地点：创业楼206
练是关键，我们只有在日常生活中训练学生的学习自我控制力，才能把观念转化为行为。
最后，把外部的要求内化成自己的自我要求，这是培养自控力的根本。
有研究者系统提出了体育学习主要体现在以下意识控制能力上：意识自控；行为自控；注意自控；动机自控；情绪自控；认知自控；身体运动自控；要培养学生的自控能力，必须让学生有自主学习的机会，让学生在练习时间、次数安排上有自主权，有着自由学习的时间；创设情境培养顽强的毅力；观察自控；评价自控。
6参考文献
[1] 谭树华，郭永玉. 大学生自我控制量表的修订[J] 中国临床心理学杂志 2008
[2] 张春梅自我调节学习能力是提高学业成绩的关键[J]. 赤峰学院学报(自然科学版) 2009,7
[3] 张灵聪. 自我控制对身心健康的影响[J].福建医科大学学报社会科学版 2001 2 77-80.
[4] 张灵聪，郭梅华.论学习自我控制的培养[J].漳州师范学院学报，2009.7:164-167。
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《自动控制理论》
实验报告
专业：电气工程及其自动化班号：1406111
学号：1140610217
姓名：田晨晨
电气工程及其自动化实验中心二零一六年十一月二十四日
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、实验内容
1、已知二阶单位反馈闭环传递函数系统： 求：（1）当 及 时系统单位阶跃响应的曲线。
（2）从图中求出系统的动态指标: 超调量M p 、上升时间t p 及过渡过程调
节时间t s 。
（3）分析二阶系统中 、 的值变化对系统阶跃响应曲线的影响。
4.0=n ω,3
5.0=ξ，P M =0.31，s t =27.5S,p t =3.48S 4.0=n ω,5.0=ξ， P M =0.16，s t =20.2S,p t =4.1S ξ越大，超调量越小，调节时间越短，上升时间越长
2.0=n ω,35.0=ξ，P M =0.31，s t =54.9S,p t =6.95S 6.0=n ω,35.0=ξ，P M =0.31，s t =18.3S,p t =2.33S n ω越大，上升时间越小，调节时间越小，超调量不变
2、已知三阶系统单位反馈闭环传递函数为
求： （1） 求取系统闭环极点及其单位阶跃响应，读取动态性能指标。
闭环极点：1234,1,1S S i S i =-=-+=--
1.03, 3.64,0.27p s P t S t S M ===
改变系统闭环极点的位置
（1） 将原极点 S=-4 改成 S=-0.5,
使闭环极点靠近虚轴，观察单位阶跃响应和动态性能指标的变化。
S t S t s p 84.7,12.4== 无超调
（2） 改变系统闭环零点的位置
将原零点 S=-2 改成 S=-1,
观察单位阶跃响应和动态性能指标的变化。
0.504, 3.35,0.84p s p t t M ===
（3）分析零、极点的变化对系统动态性能的影响。
极点距虚轴越近，超调量越少，上升时间和调节时间越大。
零点距虚轴越近，超调量越大，上升时间越大，调节时间越小。
实验六 线性系统的根轨迹分析
一、实验目的
1、掌握使用MATLAB 绘制控制系统根轨迹图的方法；
2、掌握根据根轨迹法对控制系统进行性能分析方法。
二、 实验设备
Pc 机一台，MATLAB 软件。
三、实验内容
1、已知一负反馈系统的开环传递函数为 求：1）绘制根轨迹。
2）选取根轨迹与虚轴的交点，并确定系统稳定的根轨迹增益K 的范围。
3）确定分离点的超调量及开环增益K 。
4）用时域相应曲线验证系统稳定的根轨迹增益K 的范围 5) 分析根轨迹的一般规律。
(1)
(2)系统稳定时根轨迹增益，0.451<K<12 (3)分离点超调量Mp=0,开环增益K=0.451 （4）
Step Response
Tim e (sec)A m p l i t u d e
K=12
K=0.451
2、. 已知系统的开环传递函数为： 求：1）绘制系统的根轨迹，
2）选择系统当阻尼比 =0.7时系统闭环极点的坐标值及增益K 值。
3）分析系统性能。
(1)
012
34
567
0.10.20.30.40.50.60.70.80.9
1Step Response
Time (sec)A m p l i t u d e
Real Axis
I m a g i n a r y A x i s
(2)坐标值为（-0.162，±162）、（-0.322，±0.322），增益K 值为0.267,3.77。
(3)在虚轴左侧，系统一直稳定。
3、已知开环系统传递函数
)
2)(1()(++=
S S S K
S G
求：1、根轨迹及其闭环单位阶跃响应曲线；
Real Axis
I m a g i n a r y A x i s
2、比较增加一个开环极点s=-3 后，观察根轨迹及其闭环单位阶
跃响应的变化。
系统变得更稳定，无超调，稳定时间增长
4、已知开环系统传递函数)
1()(+=
S S K
S G
求：1、根轨迹及其闭环单位阶跃响应曲线；
2、比较增加一个开环零点s=-2 后，观察根轨迹及其闭环单位阶跃响应的变化。
Root Locus
Real Axis I m a g i n a r y A x i s
实验七
线性系统的频域分析
一、实验目的
1、掌握绘制控制系统Bode 图及使用对数稳定性判据的方法；
2、掌握绘制控制系统Nyquist 图及使用Nyquist 稳定性判据的方法。
二、 实验设备
Pc 机一台，MATLAB 软件。
三、实验内容
Root Locus
Real Axis
I m a g i n a r y A x i s
1、已知系统的开环传递函数为：
求：（1）绘制当k=10及100时系统的bode 图；
(2)分别求取当k=10及100时的相角裕度及增益裕度；
（3）分析系统稳定性，并用时域响应曲线验证。
(1)K=10
K=100
(2)k=10相角裕度27 增益裕度8.71 k=100相角裕度-21 增益裕度0.23 (3)k=10稳定性高于k=100。
K=10 K=100
Bode Diagram
Gm = 9.54 dB (at 2.24 rad/sec) , P m = 25.4 deg (at 1.23 rad/sec)
Frequency (rad/sec)
10-2
10-1
100
101
10
2
P h a s e (d e g )
M a g n i t u d e (d B )
Bode Diagram
Gm = -10.5 dB (at 2.24 rad/sec) , P m = -23.7 deg (at 3.91 rad/sec)
Frequency (rad/sec)
M a g n i t u d e (d B )10
10
10
10
10
P h a s e (d e g )
2、已知某系统的开环传递函数为：
求：（1）令,分别绘制 时系统的Nyquist 图；比较分析系统开环增益k 不同时，系统的
Nyquist 图的差异，并得出结论。
K=1
K=2
K=10
Step Response
Time (sec)
A m p l i t u d e
Step Response
Time (sec)
A m p l i t u d e
Nyquist Diagram
Real Axis
I m a g i n a r y A x i s
Nyquist Diagram
Real Axis
I m a g i n a r y A x i s
结论：随着K 的增大，奈奎斯特曲线与实轴的交点向负半轴移动，当交点在（-1，j0）的右侧时，系统不稳定；当交点在（-1，j0）的左侧时，系统稳定。
故而可以通过增大系统的前向增益K 使系统稳定。
（2）令，分别绘制,时系统的Nyquist 图；比较分析不同时，系统的Nyquist 图的差
异，并得出结论。
v=1
v=2
Nyquist Diagram
Real Axis
I m a g i n a r y A x i s
Nyquist Diagram
Real Axis
I m a g i n a r y A x i s
V=3 v=4
-200-150-100-50050
Nyquist Diagram
Real Axis
I
m
a
g
i
n
a
r
y
A
x
i
s
Nyquist Diagram
Real Axis
I
m
a
g
i
n
a
r
y
A
x
i
s
x 104
Nyquist Diagram
Real Axis
I
m
a
g
i
n
a
r
y
A
x
i
s
结论：
V=1时，
V=2时，
V=3时，
V=4时，
实验八线性系统的Simulink仿真
一、实验目的
1、学习使用Simulink搭建系统模型的方法；
2、学习使用Simulink进行系统仿真及观测稳定性及过渡过程。
二、实验设备
Pc机一台，MATLAB软件。
三、实验内容
1．
(1)v=1,k=1,2,10时系统的单位阶跃响应曲线
（2）k=1,v=1,2,3,4时系统的单位阶跃响应曲线
2
(1)
搭建系统模型如下：
示波器显示波形如下：
（2）
搭建系统模型如下：
示波器显示波形如下：
（3）
搭建系统模型如下：
示波器显示波形如下：。