北航自动控制原理实验报告
北航自动控制系统原理实验资料报告材料1-4合集
自动控制原理实验报告实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验二频率响应测试实验三控制系统串联校正实验四控制系统数字仿真：学号：单位：仪器科学与光电工程学院日期：2013年12月27日实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试一、实验目的1. 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。
2. 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。
3. 学习阶跃响应的测试方法。
二、实验容1. 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。
2. 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。
三、实验原理1．一阶系统：系统传递函数为：模拟运算电路如图1- 1所示：图1- 1由图1-1得在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C取不同的时间常数T分别为：0.25、0.5、12．二阶系统:其传递函数为：令=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示：图1-2根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示：图1-3取R2C1=1 ，R3C2 =1，则及ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1四、实验步骤1. 确定已断开电子模拟机的电源，按照实验说明书的条件和要求，根据计算的电阻电容值，搭接模拟线路；2. 将系统输入端与D/A1相连，将系统输出端与A/D1相；3. 检查线路正确后，模拟机可通电；4. 双击桌面的“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。
5. 在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出的对话框中阶跃信号幅值选1伏，单击按钮“硬件参数设置”，弹出“典型环节参数设置”对话框，采用默认值即可。
6. 单击“确定”，进行实验。
完成后检查实验结果，填表记录实验数据，抓图记录实验曲线。
五、实验设备HHMN-1电子模拟机一台、PC机一台、数字式万用表一块六、实验数据T 0.25 0.5 1R2 250K 500K 1MC 1μF 1μF 1μFTs理论0.75s 1.5s 3.0sTs实测0.763s 1.543s 3.072sTs误差 1.73% 2.87% 2.40%响应图形图1 图2 图3图2图3ζ0.25 0.5 1 R4 2M 1M 500K C2 1μF 1μF 1μF σ%理论33.08% 16.48% 0 σ%实测33.89% 16.79% 0 σ%误差 2.45% 1.88% 0 Ts理论8.643s 5.307s 4.724s Ts实测8.752s 5.398s 4.808s Ts误差 1.26% 1.71% 1.78% 响应曲线图4 图5 图6图5图6七、误差分析1. 电阻的标称值和实际值有误差。
北航_自控实验报告_非线性环节对系统动态过程的响应
北航_自控实验报告_非线性环节对系统动态过程的响应实验目的：通过非线性环节对系统动态过程的响应实验，了解非线性环节对于系统动态过程的影响，掌握非线性环节对系统稳定性和动态响应的影响机制。
实验原理：在控制系统中，非线性环节是指系统主要由非线性元件组成的一种环节，如饱和环节、死区环节等。
非线性环节通常会引入系统的不稳定性和不良动态响应，使系统产生震荡、振荡或失去稳定等现象。
因此，对于非线性环节对系统动态过程的响应进行研究，可以帮助我们了解非线性环节对系统的影响及其调节方法。
实验装置：实验中使用的实验装置包括非线性环节调节台和数据采集系统。
非线性环节调节台中包含了饱和环节和死区环节两种非线性元件，可以通过改变其参数来调节非线性环节的作用程度。
数据采集系统用于实时采集和记录实验数据。
实验步骤：1.将非线性环节调节台连接至数据采集系统，保证信号传输的稳定性和准确性。
2.打开数据采集系统，并设置相应的实验参数，如采样频率和采样时间等。
3.首先进行饱和环节的实验。
调节饱和环节的幅值参数，并记录系统的响应曲线。
可以观察到，在饱和环节的作用下，系统响应出现了明显的振荡和周期变化。
4.然后进行死区环节的实验。
调节死区环节的参数，并记录系统的响应曲线。
可以观察到，在死区环节的作用下，系统响应出现了滞后和不连续等现象。
5.对比分析两种非线性环节的实验结果，总结非线性环节对系统动态过程的影响机制。
实验结果：通过实验得到的系统响应曲线可以明显观察到非线性环节对系统动态过程的影响。
在饱和环节的作用下，系统响应出现了周期性的振荡，而在死区环节的作用下，系统响应出现了滞后和不连续的现象。
实验总结：通过以上实验，我们可以得出以下结论：1.非线性环节对系统动态过程有显著的影响，会导致系统的稳定性下降和动态响应不理想。
2.饱和环节的作用会引起系统的振荡和周期变化，而死区环节的作用会引起系统的滞后和不连续。
3.针对非线性环节对系统的影响，可以采取相应的控制策略和调节方法，以提高系统的稳定性和动态响应。
自动控制实验报告.
成绩北京航空航天大学自动控制原理实验报告学院机械工程及自动化学专业方向工业工程与制造班级110715学号********学生姓名吕龙指导教师自动控制与测试教学实验中心实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验时间2013.10.30 实验编号同组同学无一、实验目的1.了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。
2.学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。
3.学习阶跃响应的测试方法。
二、实验内容1.建立一阶系统的电子模型，观测并记录不同时间常数T时的跃响应曲线，测定其过渡过程时间Ts。
2.建立二阶系统的电子模型，观测并记录不同阻尼比ζ时的跃响应曲线，测定其超调量σ%及过渡过程时间Ts。
三、实验原理1．一阶系统：系统传递函数为：模拟运算电路如图1-1所示：图1-1由图得：在实验当中始终取, 则,取不同的时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1。
记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量纪录其过渡过程时 ts。
（取误差带）2．二阶系统:其传递函数为：令，则系统结构如图1-２所示：图1-2根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-３所示：图1-3取，，则及取不同的值, , ,观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量σ%（取误差带）,计算过渡过程时间Ts。
四、实验设备1.HHMN-1型电子模拟机一台。
2.PC 机一台。
3.数字式万用表一块。
4.导线若干。
五、实验步骤1. 熟悉HHMN-1 型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器接成比例器，通电调零。
2. 断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。
3. 将与系统输入端连接，将与系统输出端连接。
线路接好后，经教师检查后再通电。
4.运行软件，分别获得理论和实际仿真的曲线。
5. 观察实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数据表格，完成实验报告。
六、实验结果1.一阶系统T 0.25 0.5 1R2/MΩ0.25 0.5 11 1 1实测值/s 0.76 1.55 3.03理论值/s 0.75 1.50 3.00响应曲线（1）T = 0.25:（2）T = 0.5:（3）T = 12.二阶系统0.25 0.5 1.0R4/MΩ 2 1 0.51 1 1实测40.5 16.0 0理论44.4 16.3 0 实测值/s 10.95 5.2 4.9理论值/s 14 7 4.7响应曲线（1）R4=2MΩ（2）R4=1MΩ（3）R4=0.5MΩ七、结果分析从得到的数据可以看出，不论是一阶还是二阶系统，实测值均与理论值有着或多或少的偏差。
西北工业大学航天学院自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告实验名称：线性系统的时域分析实验日期：2017.9.29，2017.11.14小组成员：目录一、典型环节的模拟研究 (3)1.实验目的 (3)2.实验原理及说明 (3)3.实验内容及实验结果 (3)3.1观察比例环节的阶跃响应曲线 (4)3.2观察惯性环节的阶跃响应曲线 (7)3.3观察积分环节的阶跃响应曲线 (10)3.4观察比例环节的阶跃响应曲线 (13)3.5观察比例微分环节的阶跃响应曲线 (16)3.6观察PID（比例积分微分）环节的阶跃响应曲线 (17)4.结果分析 (20)二、二阶系统瞬态响应和稳定性 (21)1.实验目的 (21)2.实验原理及说明 (21)3.实验内容及实验结果 (23)4.结果分析 (29)一、典型环节的模拟研究1.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。
2.实验原理及说明①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。
②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。
③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。
④典型环节的结构图及传递函数3.实验内容与实验结果3.1观察比例环节的阶跃响应曲线 典型比例环节模拟电路如下图所示。
传递函数：1(S)(S)(S)R R K K U U G i O === 单位阶跃响应：K )t (U =1)实验步骤（1）构造模拟电路：安置短路套及测孔联线，表如下。
（a ）安置短路套 （b ）测孔联线（2）将A/D-D/A 转换（B2）DAOUT （矩形波）作为系统输入信号Ui,运行SACT 程序，选择线性系统时域分析项，点击启动实验项目弹出实验界面后，在“波形控制区”设置矩形波参数，设置矩形波“幅度”为4V ，“正脉宽”为1秒。
北航自动控制原理实验报告(完整版)
自动控制原理实验报告一、实验名称：一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 二、实验目的1、了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系2、学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法3、学习阶跃响应的测试方法三、实验内容1、建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间常数T 时的响应曲线，测定过渡过程时间T s2、建立二阶系统电子模型，观测并记录不同阻尼比的响应曲线，并测定超调量及过渡过程时间T s四、实验原理及实验数据 一阶系统系统传递函数：由电路图可得，取则K=1， T 分别取：0.25, 0.5, 1T 0.25 0.501.00 R 2 0.25M Ω 0.5M Ω 1M Ω C1μ1μ1μT S 实测 0.7930 1.5160 3.1050 TS 理论 0.7473 1.4962 2.9927 阶跃响应曲线图1.1图1.2图1.3误差计算与分析（1）当T=0.25时，误差==6.12%；（2）当T=0.5时，误差==1.32%；（3）当T=1时，误差==3.58%误差分析：由于T 决定响应参数，而,在实验中R 、C 的取值上可能存在一定误差，另外，导线的连接上图1.1图1.2图1.3也存在一些误差以及干扰，使实验结果与理论值之间存在一定误差。
但是本实验误差在较小范围内，响应曲线也反映了预期要求，所以本实验基本得到了预期结果。
实验结果说明由本实验结果可看出，一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线，特征有T 确定，T 越小，过度过程进行得越快，系统的快速性越好。
二阶系统系统传递函数：令二阶系统模拟线路0.25 0.50 1.00 R 4210.5C 2111实测 45.8% 16.9% 0.6% 理论 44.5% 16.3% 0% T S 实测13.98605.48954.8480T S 理论 14.0065 5.3066 4.8243 阶跃响应曲线图2.1图2.2图2.3注：T s 理论根据matlab 命令[os,ts,tr]=stepspecs(time,output,output(end),5)得出，否则误差较大。
北航自动控制原理实验三：控制系统串联校正
本次实验通过设计串联超前校正和串联滞后校正装置研究了串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响，从直观的角度认识了串联校正环节的作用及超前校正和滞后校正的不同之处，对理论学习有一定的帮助。
附：实验数据，
成绩
自动控制原理
实验报告
院（系）名称
专业名称
学生学号
学生姓名
指导老师
2015年12月
实验二
实验时间
一、实验目的
1.了解和掌握串联校正的分析和设计方法。
2.研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。
二、实验内容
1.单位负反馈系统的开环传递函数为 ，进行半实物实时仿真，研究其时域性能，同时从频域分析系统稳定性。
2.电子模拟机
3.万用表
4.测试导线
五、实验步骤
1.正确连接电路，分别完成不加校正、加入超前校正、加入滞后校正的实验。在系统模型上的“Manual Switch”处可设置系统是否加入校正环节，在“ ”处可设置校正环节的传递函数。
2.绘制以上三种情况时系统的波特图。
3.采用示波器“Scope”观察阶跃响应曲线。观测试验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，完成实验报告。
图3-1系统结构图
其中 为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式由模拟机实现。
2.系统模拟电路如图3-2所示。
图3-2系统模拟电路图
取 ， ， ， ， 。
3.未加校正时， 。
4.加串联超前校正时， 。
取 ， ，则 。
5.加串联滞后校正时， 。
取 ， ，则 。
四、实验设备
1.数字计算机
2.针对以上系统，设计串联超前校正装置 ，使系统的相稳定裕度 ，并进行半实物实时仿真验证，研究其时域性能，同时从频域分析系统稳定性。
北航3系自控原理实验五-采样系统研究
自动控制原理实验报告班级：学号：姓名：实验五 采样系统研究一、实验目的1. 了解信号的采样与恢复的原理及其过程，并验证香农定理。
2. 掌握采样系统的瞬态响应与极点分布的对应关系。
3. 掌握最少拍采样系统的设计步骤。
二、实验原理1. 采样：把连续信号转换成离散信号的过程叫采样。
2. 香农定理：如果选择的采样角频率s ω，满足max 2ωω≥s 条件（max ω为连续信号频谱的上限频率），那么经采样所获得的脉冲序列可以通过理想的低通滤波器无失真地恢复原连续信号。
3. 信号的复现：零阶保持器是将采样信号转换成连续信号的元件，是一个低通滤波器。
其传递函数：s e Ts--14. 采样系统的极点分布对瞬态响应的影响：Z 平面内的极点分布在单位圆的不同位置，其对应的瞬态分量是不同的。
5. 最小拍无差系统： 通常称一个采样周期为一拍，系统过渡过程结束的快慢常采用采样周期来表示，若系统能在最少的采样周期内达到对输入的完全跟踪，则称为最少拍误差系统。
对最小拍系统时间响应的要求是：对于某种典型输入，在各采样时刻上无稳态误差；瞬态响应最快，即过渡过程尽量早结束，其调整时间为有限个采样周期。
从上面的准则出发，确定一个数字控制器，使其满足最小拍无差系统。
三、实验内容1. 通过改变采频率s s s T 5.0,2.0,01.0=，观察在阶跃信号作用下的过渡过程。
被控对象模拟电路及系统结构分别如下图所示：图中，1)(/)()(==z E z U z D ，系统被控对象脉冲传递函数为：系统开环脉冲传递函数为：系统闭环脉冲传递函数为：)(1)()(z G z G z w w +=Φ在Z 平面内讨论，当采样周期T 变化时对系统稳定性的影响。
2. 当采样周期1T s =时， ，设计D （z ），使该系统分别在单位阶跃信号作用下和单位斜坡信号作用下为最小拍无差系统，观察并记录理论与实际系统输出波形。
四、实验设备1. HHMN-1型电子模拟机一台。
北航自控实验报告
北航自控实验报告北航自控实验报告自控实验是北航自动化专业学生的重要课程之一，通过实验，学生能够巩固和应用所学的自动控制理论知识，提高实践能力。
本文将从实验目的、实验内容、实验结果和实验总结等方面，对北航自控实验进行详细介绍。
实验目的自控实验的目的是通过实际的控制系统，让学生了解自动控制的基本原理和方法，培养学生的实际操作能力和问题解决能力。
通过实验，学生能够掌握控制系统的建模、仿真和实际控制过程中的参数调整方法，提高自己的工程实践能力。
实验内容北航自控实验包括多个实验项目，其中包括PID控制器的设计与调整、系统建模与仿真、状态空间控制等。
在PID控制器的设计与调整实验中，学生需要根据给定的控制要求，设计出合适的PID控制器，并通过调整PID参数来实现系统的稳定性和性能要求。
在系统建模与仿真实验中，学生需要根据给定的系统动力学方程，建立系统的数学模型，并通过仿真软件进行系统的动态仿真。
在状态空间控制实验中，学生需要学习和应用状态空间法进行系统的控制设计。
实验结果通过实验，学生能够得到实验结果，并进行分析和总结。
实验结果包括系统的响应曲线、参数调整结果等。
学生需要根据实验结果，评估系统的控制性能，并对控制器的参数进行调整。
通过实验结果的分析，学生能够深入理解自动控制的原理和方法，并提高自己的问题解决能力。
实验总结自控实验是北航自动化专业学生的重要课程之一，通过实验，学生能够将理论知识应用到实践中，并提高自己的实际操作能力和问题解决能力。
在实验过程中，学生需要仔细操作实验设备，准确记录实验数据，并进行数据分析和总结。
通过实验总结，学生能够发现实验中存在的问题，并提出改进措施，提高自己的实验技巧和创新能力。
总之，北航自控实验是自动化专业学生不可或缺的一部分，通过实验，学生能够巩固和应用所学的自动控制理论知识，提高实践能力。
通过实验目的、实验内容、实验结果和实验总结等方面的介绍，相信读者对北航自控实验有了更加深入的了解。
北航_自控实验报告_状态反馈和状态观测器
北航_自控实验报告_状态反馈和状态观测器摘要：本实验通过对一个质点的运动进行实时控制的实验研究，了解了状态反馈和状态观测器的原理和应用。
通过实验验证了状态反馈和状态观测器在控制系统中的重要性和有效性。
1引言状态反馈和状态观测器是控制系统中常用的两种控制方法，可以实现对系统状态的准确估计和实时控制。
在实际控制应用中，状态反馈和状态观测器广泛应用于电力系统、轨道交通系统等领域。
本实验通过对一个质点运动的控制，以实验方式掌握状态反馈和状态观测器的原理和应用。
2实验目的2.1理解状态反馈和状态观测器的原理；2.2 学会使用Matlab编程实现状态反馈和状态观测器；2.3通过实验验证状态反馈和状态观测器的有效性。
3实验内容与方法3.1实验设备本实验所需设备和材料有：计算机、Matlab软件。
3.2系统建模通过对质点的运动进行建模，得到系统的状态空间方程，用于状态反馈和状态观测器的设计。
3.3状态反馈设计根据系统建模和状态反馈的原理，设计状态反馈控制器，并进行仿真实验。
3.4状态观测器设计根据系统建模和状态观测器的原理，设计状态观测器，并进行仿真实验。
4实验结果与分析4.1状态反馈实验结果在进行状态反馈实验时，观察到质点运动的稳定性得到了明显提高，达到了预期的控制效果。
4.2状态观测器实验结果在进行状态观测器实验时，观察到对系统状态的估计准确性得到了明显提高，状态观测器的设计能够很好地预测系统状态变化。
5结论本实验通过对一个质点运动进行实时控制的实验研究，学习并实践了状态反馈和状态观测器的原理和应用。
通过实验验证了状态反馈和状态观测器在控制系统中的重要性和有效性。
实验结果表明，状态反馈和状态观测器能够有效改善系统的稳定性和估计准确性，达到了实时控制的目的。
[1]袁永安.现代控制理论与技术[M].北京：中国电力出版社。
[2]何国平，刘德海.控制系统设计与应用[M].北京：中国电力出版社。
[3]王晓红.状态反馈和状态观测在电力系统控制中的应用[J].电网技术，2024。
北航自控实验报告
北航自控实验报告北航自控实验报告自控是自动控制的简称，是一门涉及控制理论和控制工程的学科。
在工程领域中，自控技术的应用非常广泛，可以用于飞行器、机械设备、电力系统等各个领域。
为了更好地理解和应用自控技术，我参与了北航自控实验。
实验一：PID控制器的设计与调试PID控制器是自控领域中最常用的一种控制器，它由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个控制环节组成。
在这个实验中，我们需要设计和调试一个PID控制器，以实现对一个电机转速的控制。
首先，我们在实验室里搭建了一个小型的电机转速控制系统。
通过连接电机和传感器，我们可以测量电机的转速，并将其反馈给控制器。
接下来，我们使用Matlab/Simulink软件进行PID控制器的设计。
通过调整PID控制器的参数，我们可以实现对电机转速的精确控制。
在调试过程中，我们遇到了一些挑战。
初始时，电机的转速波动较大，无法稳定在我们期望的值。
通过分析，我们发现PID控制器的参数需要进行适当的调整。
通过多次试验和参数调整，我们最终成功实现了对电机转速的稳定控制。
实验二：状态空间控制系统的建模与分析状态空间方法是一种用于描述和分析控制系统的数学工具。
在这个实验中，我们需要建立一个状态空间控制系统的数学模型，并进行分析。
我们选择了一个简单的倒立摆系统作为研究对象。
通过将系统分解为多个状态变量，并建立它们之间的动态方程，我们得到了一个状态空间模型。
接下来，我们使用Matlab软件进行模型的仿真和分析。
在仿真过程中，我们改变了系统的初始条件和外部扰动，观察了系统的响应。
通过分析仿真结果，我们可以得出一些结论。
例如，当初始角度较大时，系统的稳定性会受到影响；当外部扰动较大时，系统的响应会变得不稳定。
这些结论对于设计和优化控制系统非常有价值。
实验三：模糊控制系统的设计与实现模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，它可以处理那些难以用精确数学模型描述的系统。
在这个实验中，我们需要设计和实现一个模糊控制系统，以实现对一个小型车辆的路径跟踪。
北航自动控制原理实验
成绩北京航空航天大学自动控制原理实验报告学院数学与系统科学学院专业方向系统与控制班级110923学号11091060学生姓名李健兴指导教师自动控制与测试教学实验中心实验七非线性环节对系统动态过程的响应一、实验目的1. 了解非线性环节特性；2. 了解非线性环节对系统动态过程的响应；3. 学会应用描述函数法研究非线性系统的稳定性。
二、实验内容2. 非线性环节由计算机模拟产生，它们分别是：(1) 磨擦特性，如图7.3。
M=1图7.3(2) 饱和特性，如图7.4。
K=1，S=0.5图7.4(3) 继电特性，如图7.5。
M=1，h=0.5图7.5三、实验原理1. 非线性系统和线性系统存在本质差别：（1）线性系统可采用传递函数、频率特性、脉冲过渡函数等概念，同时由于线性系统的运动形式和输入幅值、初始状态无关，通常是在典型输入函数和零初始条件下进行研究。
（2）非线性系统由于叠加原理不成立，线性系统的上述方法不适用，所以常采用相平面方法和描述函数方法进行研究。
2. 实验从两方面观察非线性：相轨迹和动态响应（1）相轨迹：相平面上的点随时间变化描绘出来的曲线叫相轨迹。
相平面的相坐标为C和dC，实验软件当中给出的就是在此坐标下自动描绘的相轨迹。
初始条件不同，系统的运动趋势不同，所描绘的相轨迹也会有所不同。
（2）动态响应：对比有无非线性环节时系统动态响应过程。
四、实验设备1.HHMN-1型电子模拟机一台。
2.PC机一台。
3.数字式万用表一块。
五、实验数据1、绘制相轨迹和动态响应曲线：（1）系统无非线性环节（2）磨擦特性，M=1(3) 饱和特性，K=1，S=0.5S=2时，(4) 继电特性，M=1，h=0.5六、结果分析2、饱和特性：饱和特性的等效增益曲线表明，饱和现象将使系统的开环增益在饱和区时下降。
控制系统设计时，为使功放元件得到充分利用，应注使功放级首先进入饱和；为获得较好的动态性能，应通过合适选择线性区增益和饱和电压，使系统既能获得较小的超调量，又能保证较大的开环增益，减小稳态误差。
北航自控实验报告
北航自控实验报告篇一：北航自控实验二-2014年最新最全报告成绩自动控制原理实验报告控制系统串联校正学院自动化科学与电气工程学院专业方向测试与控制班级120323 学号xxx 学生姓名xxx 指导教师张军香2014年11月实验三控制系统串联校正一、实验目的1. 了解和掌握串联校正的分析和设计方法。
2. 研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。
二、实验内容1、设计串联超前校正，并验证。
2、设计串联滞后校正，并验证。
三、实验原理1. 系统结构如图所示：图3-1其中????（s）为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式来实现。
2. 系统模拟电路图如图：其中??1=??3=??2=??6=100KΩ，??5=1MΩ，??4=250KΩ,??1=10μF,??2=1μF3. 未加校正时???? s =1 4、加串联超前校正时???? s 给定a=??TS+1????+1，a>1=，T=，则???? s =+??+15、加串联滞后校正时???? s=??TS+1????+1b篇二：自动控制实验报告_北航15系大三自动控制原理实验报告院系：宇航学院班级：学号：姓名：目录实验五采样系统研究 (3)实验六实验七状态反馈与状态观测器 (9)非线性环节对系统动态过程的响应 (17)实验五采样系统研究一、实验目的1. 了解信号的采样与恢复的原理及其过程，并验证香农定理。
2. 掌握采样系统的瞬态响应与极点分布的对应关系。
3. 掌握最少拍采样系统的设计步骤。
二、实验原理1. 采样：把连续信号转换成离散信号的过程叫采样。
2. 香农定理：如果选择的采样角频率?s，满足?s?2?max条件（?max为连续信号频谱的上限频率），那么经采样所获得的脉冲序列可以通过理想的低通滤波器无失真地恢复原连续信号。
3. 信号的复现：零阶保持器是将采样信号转换成连续信号的元件，是一个低通滤波器。
1?e?Ts其传递函数：s4. 采样系统的极点分布对瞬态响应的影响：Z平面内的极点分布在单位圆的不同位置，其对应的瞬态分量是不同的。
自动控制原理实验报告实验一-一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试
分组：成绩：_________北京航空航天大学自动控制原理实验报告实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试学院专业方向班级学号学生姓名指导教师2014年11月目录一、实验目的 (1)二、实验内容 (1)三、实验原理 (1)四、实验设备 (2)五、实验步骤 (2)六、实验数据 (3)1.一阶系统实验数据及图形 (3)2.二阶系统实验数据及图形 (4)七、结论和误差分析 (7)结论： (7)误差分析： (7)八、收获与体会 (7)附录 (8)实验时间2014.11.1 同组同学无一、实验目的1.了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。
2.学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。
3.学习阶跃响应的测试方法。
二、实验内容1.建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间常数T时的阶跃响应曲线，并测定其过渡过程时间Ts。
2.建立二阶系统的电子模型，观测并记录在不同阻尼比ζ时的阶跃响应曲线，并测定其超调量σ％及过渡过程时间Ts。
三、实验原理1.一阶系统实验原理C(S) K(s)TS1R(S)系统传递函数为：模拟运算电路如图1所示：图1R2Uo(s)=R=K1Ui(s) CSR2+1Ts+1在实验中始终取R2=R1，则K=1，T=R2*C1/ 10记录不同的时间常数下阶跃响应曲线，测量并记录其过渡时间 Ts （Ts=3T ）2.二阶系统实验原理 其传递函数为：C(S) 2n (S)2 n S n 2)R(S)(S 2令n1弧度/秒，二阶系统模拟线路下图2所示：图2取R2*C1=1,R3*C2=1,则R4/R3=R4*C2=1/(2*) 及 （ 2*R4*C2 ）=1/t s3(0.05)，%e 12理论值：n100%四、实验设备1. HHMN-1型电子模拟机一台2. PC 机一台3. 数字式万用表一块。
五、实验步骤1．熟悉XMN-2型电子模拟机的使用方法。
2．将各运算放大器接成比例器，通电调零。
北航自动控制原理实验2
实验二频率响应测试实验目的▪掌握频率特性的测试原理及方法；▪测定给定环节的频率特性；▪学习根据所测定出的系统的频率特性（幅频和相频特性），确定系统传递函数的方法。
▪系统模拟电路图及系统结构图分别如图所示：▪系统传递函数为：▪分别测定以上系统的幅频以及相频特性曲线。
R=200KΩ，则()200102002++=S S S G R=100KΩ，则()001100012++=S S S G▪时域分析法有一定的局限性，在系统特征方程是高阶方程时，它的时域特性就很难用分析法来确定（求解高阶微分方程的解就比较困难），目前还没有直接按给出的时域指标进行系统设计的通用方法，而频率法是一种间接研究控制系统性能的工程方法（通过实验方法），在频率响应方法中，在一定的范围内改变输入信号的频率，研究其产生的响应，许多复杂元件的传递函数，常常通过频率响应实验来确定。
▪频率响应是系统对正弦输入的稳态响应。
▪若输入信号达到稳态值时，其输出信号为，改变正弦输入信号频率，便可测的两组A 1/A 2和随f 变化的数值，这个变化规律就是系统的幅频及相频特性曲线。
▪幅频特性是系统在正弦输入时，输出与输入的稳态振幅（电压伏值）之比。
频特性曲线是由示波器方式，在屏幕的坐标上读取输入和输出的幅值，求出比值。
▪相频特性是系统在正弦输入时，输出与输入达到稳态振荡时的相位之差。
通过李沙育图形方式来观测系统相位差超前-滞后的度数。
)sin()(2ϕω+=t A t U o )sin()(1t A t U i ω=ϕ实验原理假设有两个正弦输入信号，，Y 比X 滞后一定的角度，若以X(t)为横轴，Y(t)为纵轴，而以ω作为参变量，建立一个新的坐标系，将和的图形在新坐标系上进行叠加，则随着ωt 的变化，X(t)和Y(t)所确定的点的轨迹，将在X-Y 平面上描绘出一条封闭的曲线。
这个图形就是物理学上称为的“李沙育图形”。
)sin()(ϕωω+=t Y t Y m )sin()(t X t X m ωω=)sin()(t X t X m ωω=)sin()(ϕωω+=t Y t Y m实验原理李沙育图形的含义：通过慢速扫描示波器可观测到李沙育图形的形成过程，根据李沙育图形的旋转方向是顺时针或逆时针旋转可以判断相位是超前还是滞后，进一步计算超前或滞后的角度，（顺时针旋转相角超前，逆时针旋转相角滞后）。
北航自动控制原理实验报告1-4合集
自动控制原理实验报告实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验二频率响应测试实验三控制系统串联校正实验四控制系统数字仿真XX：学号：单位：仪器科学与光电工程学院日期：2013年12月27日实验一 二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试一、实验目的1. 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。
2. 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。
3. 学习阶跃响应的测试方法。
二、实验内容1. 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T 时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS 。
2. 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS 。
三、实验原理1．一阶系统：系统传递函数为：∅(S )=C (S )R (S )=K TS +1模拟运算电路如图1- 1所示：图 1- 1由图 1-1得U 0(S )U i (S )=R2/R1R 2CS +1=KTS +1在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C 取不同的时间常数T 分别为： 0.25、 0.5、12．二阶系统: 其传递函数为：∅(S )=C (S )R (S )=ωn 2S 2+2ζωn S +ωn 2令ωn =1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示：图1-2根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示：图1-3取R2C1=1 ，R3C2 =1，则R 4R 3=R 4C 2=12ξ及ξ=12R 4C 2ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1四、实验步骤1.确定已断开电子模拟机的电源，按照实验说明书的条件和要求，根据计算的电阻电容值，搭接模拟线路；2. 将系统输入端与D/A1相连，将系统输出端与A/D1相；3. 检查线路正确后，模拟机可通电；4. 双击桌面的“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。
5. 在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出的对话框中阶跃信号幅值选1伏，单击按钮“硬件参数设置”，弹出“典型环节参数设置”对话框，采用默认值即可。
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自动控制原理实验报告班级：390321学号：********姓名：***目录实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 (3)实验二频率响应测试 (9)实验三控制系统串联校正 (14)实验四控制系统数字仿真 (20)实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试一、实验目的1.了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。
2.学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。
3.学习阶跃响应的测试方法。
二、实验内容1.立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。
2.立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。
三、实验原理1．一阶系统：系统传递函数为：模拟运算电路如图1-1所示：图1-1由图得：在实验当中始终取, 则,取不同的时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1。
记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量纪录其过渡过程时 ts。
（取误差带）2．二阶系统:其传递函数为：令，则系统结构如图1-２所示：图1-2根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-３所示：图1-3取，，则及取不同的值 , , ,观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量σ%（取误差带） ,计算过渡过程时间Ts。
四、实验设备1.HHMN-1型电子模拟机一台。
2.PC 机一台。
3.数字式万用表一块。
4.导线若干。
五、实验步骤1. 熟悉 HHMN-1 型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器接成比例器，通电调零。
2. 断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。
3. 将与系统输入端连接，将与系统输出端连接。
线路接好后，经教师检查后再通电。
4.运行软件，分别获得理论和实际仿真的曲线。
5. 观察实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数据表格，完成实验报告。
六、实验结果1.一阶系统T 0.25 0.5 1250 500 10001 1 1实测值0.75 1.51 3.01/s理论值0.75 1.50 3.00/sT = 0.25:T = 0.5:T = 1.0:2.二阶系统0.25 0.5 1.0200 100 5010 10 10实测45.99% 17.92% 0.06理论44.43% 16.30% 0 实测值/s 14.1 7.1 3.36 理论值/s 14 7 3.5T = 0.25T = 0.5T = 1七、实验结论实验图线与理论图线基本符合，公式得到验证。
实验数据结果与理论数据有一些出入，原因在于选择电阻时没有合适的阻值，就直接用510千欧电阻代替500欧，或者用电位计，阻值上的误差是实验数据误差的主要来源。
另外储能元件放电不够充分也有可能引起误差。
实验二频率响应测试一、实验目的1.掌握频率特性的测试原理及方法。
2.学习根据所测定出的系统的频率特性，确定系统传递函数的方法。
二、实验内容1.测定给定环节的频率特性。
2.系统模拟电路图及系统结构图分别如图2-1及图2-2图2-1图2-23.系统传递函数为：取 R = 200KΩ，则取 R = 100KΩ，则若正弦输入信号为 , 则当输出达到稳态时，其输出信号为。
改变输入信号频率 , 便可测得二组和随f(或ω)变化的数值，这个变化规律就是系统的幅频特性和相频特性。
三、实验原理1. 幅频特性即测量输入与输出信号幅值及，然后计算其比。
2. 实验采用“李沙育图形”法进行相频特性的测试。
3.相位差角Ψ的求法：对于及当时，有；即, 显然，仅当时，上式才成立。
四、实验设备1.HHMN-1型电子模拟机一台。
2.PC 机一台。
3.数字式万用表一块。
4.导线若干。
五、实验步骤1. 熟悉 HHMN-1 型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器接成比例器，通电调零。
2. 断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。
先选择R = 200K。
3. 将与系统输入端连接，将与系统输出端连接。
线路接好后，经教师检查后再通电。
4.运行软件，分别获得理论和实际仿真的曲线，并采用“XY Graph”观测“李沙育图形”。
调整信号源频率，连续获得十组曲线，并保证其中有一组的为“李沙育图形”为正椭圆。
5.将R 改为100 K，再进行2~4步。
6. 观察实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数据表格，完成实验报告。
六、数据记录1．R = 200KΩ时的频率响应①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩f 1.592 1.751 1.910 2.069 2.244 2.387 2.546 2.706 2.865 3.02310 11 12 13 14.1 15 16 17 18 191.445 1.499 1.501 1.506 1.453 1.357 1.264 1.161 0.979 0.8130.699 0.813 0.901 0.971 1 0.975 0.911 0.830 0.758 0.680 /44.37 54.39 64.28 76.14 90 102.9 114.4 123.9 130.7 137.1ω=14.1rad/s时的曲线和李沙育图形2. R = 100KΩ时的频率响应①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩f 0.955 1.114 1.273 1.432 1.592 1.751 1.910 2.069 2.228 2.3876 7 8 9 10 11 12 13 14 151.116 1.130 1.128 1.084 1.008 1.099 0.879 0.659 0.657 0.5660.707 0.833 0.911 0.999 1 0.945 0.904 0.845 0.881 0.698 /44.37 54.39 64.28 76.14 90 102.9 114.4 123.9 130.7 137.1ω=10rad/s时的曲线和李沙育图形七、数据处理1. 时的系统传递函数计算由ω=14.1rad/s时相角，所以有又1.453故，系统传递函数为：2. R = 100KΩ时的系统传递函数计算由时相角，所以有又1.008故，系统传递函数为：八、误差分析和实验结论由于有系统的噪声和传输上的问题，还有就是取点的间隔的问题，结果还是有一定的误差。
由实验可知，根据系统的幅相特性可以推出系统的传递函数，并可以为分析系统改进系统做准备，但由于仪器所限，准确性不算太高，相信在以后可以获得更高的精度。
实验三控制系统串联校正一、实验目的1. 了解和掌握串联校正的分析和设计方法。
2. 研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。
二、实验内容1. 设计串联超前校正，并验证。
2. 设计串联滞后校正，并验证。
三、实验原理1. 系统结构如图3-1图3-1其中为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式由模拟机来实现。
2. 系统模拟电路如图3-2图3-23. 未加校正时4. 加串联超前校正时给定a = 2.44 , T = 0.26 , 则5. 加串联滞后校正时给定b = 0.12 , T = 83.33, 则四、实验设备1.HHMN-1型电子模拟机一台。
2.PC 机一台。
3.数字式万用表一块。
4.导线若干。
五、实验步骤1. 熟悉 HHMN-1 型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器接成比例器，通电调零。
2. 断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。
3. 将与系统输入端连接，将与系统输出端连接。
线路接好后，经教师检查后再通电。
4.运行软件，先不加入分别获得理论和实际仿真的曲线。
5.接入，获得滞后校正的理论和实际仿真的曲线，之后换成获得超前校正的理论和实际仿真的曲线。
6. 观察实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数据表格，完成实验报告。
六、数据记录1. 不同校正环节的动态特性对比未加校正超前校正滞后校正实测值47.41% 23.53% 18.93%理论值44.44% 22.61% 20.08%实测值/s 5.56 1.94 15.02理论值/s 5.41 1.92 15.14∞∞∞28 47.4 54.81.882.38 0.4492. 系统阶跃响应曲线2.1 未加校正2.2 超前校正2.3 滞后校正3. 系统Bode图3.1 未加校正环节系统开环传递函数3.2 串联超前校正系统开环传递函数3.3 串联滞后校正系统开环传递函数三者Bode图对比七、数据分析无论是串入何种校正环节，或者是否串入校正环节，系统最终都会进入稳态，并且，稳态误差基本不变。
但是，串入校正环节后悔对系统的动态性能有调节作用。
超前校正：系统、明显减小，相角裕度、穿越频率变大。
为系统引入了一个超前的相角。
增大系统带宽；会使系统增益减小，但高频段增益有所增大。
滞后校正：系统相角裕度增大，穿越频率减小，明显减小，显著增大。
为系统一如一个滞后的相角。
减小系统带宽；高频段增益减小，有效抑制高频噪声；减小系统误差，改善平稳性；对快速性有较大影响。
通过实验，比较直观的看到了引入超前和滞后环节对系统的影响，对学习和理解很有帮助。
实验四 控制系统数字仿真一、 实验目的通过本实验掌握利用四阶龙格—库塔法进行控制系统数字仿真真的方法，并分系统参数改变对系统性能的影响。
二、实验方法1.四阶龙格—库塔法如果微分方程是如下形式的向量微分方程： 若微分方程是如下形式的向量微分方程：()(,(),())(0)X t F t x t u t X X ⎧=⎨=⎩ 其中()X t 为m 维向量，t ，u(t)均为标量，则在1n t +处应有如下表达式：11234[22]6n n hX X K K K K +=++++式中： 1n n h t t +=-()1(,,)n n n K F t X u t =()211(,,)22n n n hK F t h X K u t =++()321(,,)22n n n hK F t h X K u t =++()43(,,)n n n K F t h X hK u t =++ n=0,1,2,3…… 2.控制系统的数字仿真 设系统的闭环传递函数为：121211()()()n n n n n nc s c s y s s u s s a s a ϕ---++==+++…+c … 则通过中间变量替换，可将上式化为如下形式：()()()()()(0)0x t AX t bu t y t cX t x =+⎧⎪=⎨⎪=⎩这里X(t)为n 维列向量，u(t)为标量，A 为常数矩阵，b 为n 维列向量，c 为n 维行向量，并分别具有如下形式：12()()()()n x t x t X t x t ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦............ 001b ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦ (12)1010000100001n n n A a a a a --⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥----⎣⎦………………………11[,,]n n c c c c -=…对比上述方程组可得：(,(),())()()F t X t u t AX t bu t =+ 三、实验内容： 已知系统结构如图：则系统的闭环传递函数为：32()1025Ks s s s KΦ=+++求K 的过程：作根轨迹图，可知有三条根轨迹，实轴上（-∞，-5），（-5，0）为根轨迹段。