控制工程实验报告剖析
北京工业大学控制工程实验报告
控制工程基础课程实验报告北京工业大学机电学院班号彩虹人实验一 控制系统的阶跃响应实验二、实验内容1、传递函数102102)(1++=s s G s图像结果：代码： num=[10]; den=[1 2 10];damp(den)Eigenvalue Damping Frequency -1.00e+00 + 3.00e+00i 3.16e-01 3.16e+00-1.00e+00 - 3.00e+00i 3.16e-01 3.16e+00 (Frequencies expressed in rad/TimeUnit)step(num,den)理论值计算：%13.12%100445147.3%%07.16%10033518.2%%21.0%100047.1047.10492.1%%0074.0%100351.1351.13509.1%4/43/3047.11/351.11212121/maxth 2=⨯-==⨯-==⨯-==⨯-======-==+=--ath ath p n ath n ath n pth t t t c st s t s t eC ΔΔΔΔξωξωωξπξξπ2、3、4、1022123)s (3+++=s s s G ：102431234)(4++++=s s s s G s ：七、实验报告要求：（1）分析系统的阻尼比和无阻尼振荡频率对系统阶跃响应的影响 答：阻尼比决定了振荡特性,0<ξ<1越小，其阶跃响应超调量越大，上升时间越长。
,0<ξ<1, 有振荡ξ＞1，无振荡。
系统无阻尼振荡频率越大，阶跃响应的反应速度越快.（2）分析响应曲线的零初值，非零初值与系统模型的关系答：当分子、分母多项式阶数相等时响应曲线初值不为0，当分子多项式的阶数低于分母多项式的结束时相应曲线的初值为零初值。
（3）分析响应曲线的稳态值与系统模型的关系答：当分子、分母多项式阶数相等时响应曲线稳态值为零；当分子多项式的阶数低于分母多项式的结束时相应曲线的稳态值为1.八、思考题：分析系统零点对阶跃响应的影响答：当系统存在不稳定零点时，系统的阶跃响应可能有向下的峰值,，零点的存在使振荡响应增加。
南京理工大学控制工程基础实验报告
《控制工程基础》实验报告姓名欧宇涵 914000720206周竹青 914000720215 学院教育实验学院指导老师蔡晨晓南京理工大学自动化学院2017年1月实验1：典型环节的模拟研究一、实验目的与要求：1、学习构建典型环节的模拟电路；2、研究阻、容参数对典型环节阶跃响应的影响；3、学习典型环节阶跃响应的测量方法，并计算其典型环节的传递函数。
二、实验内容：完成比例环节、积分环节、比例积分环节、惯性环节的电路模拟实验，并研究参数变化对其阶跃响应特性的影响。
三、实验步骤与方法（1）比例环节图1-1 比例环节模拟电路图比例环节的传递函数为：K s U s U i O =)()(，其中12R RK =，参数取R 2=200K ，R 1=100K 。
步骤： 1、连接好实验台，按上图接好线。
2、调节阶跃信号幅值(用万用表测)，此处以1V 为例。
调节完成后恢复初始。
3、Ui 接阶跃信号、Uo 接IN 采集信号。
4、打开上端软件，设置采集速率为“1800uS”，取消“自动采集”选项。
5、点击上端软件“开始”按键，随后向上拨动阶跃信号开关，采集数据如下图。
图1-2 比例环节阶跃响应（2）积分环节图1-3 积分环节模拟电路图积分环节的传递函数为：ST V V I I O 1-=，其中T I =RC ，参数取R=100K ，C=0.1µf 。
步骤：同比例环节，采集数据如下图。
图1-4 积分环节阶跃响应（3）微分环节图1-5 微分环节模拟电路图200KRV IVoC2CR 1V IVo200K微分环节的传递函数为：K S T S T V V D D I O +-=1，其中 T D =R 1C 、K=12R R。
参数取：R 1=100K ，R 2=200K ，C=1µf 。
步骤：同比例环节，采集数据如下图。
图1-6 微分环节阶跃响应（４）惯性环节图1-7 惯性环节模拟电路图惯性环节的传递函数为：1+-=TS K V V I O ，其中2T R C =,21RK R =-。
控制工程实验报告
控制工程实验报告1. 引言控制工程是一门研究如何通过设计和操作系统来达到预期目标的学科。
实验是控制工程学习过程中重要的一部分，通过实验可以加深对控制理论的理解，提高实际操作能力。
本实验报告旨在总结和分析在进行控制工程实验时所遇到的问题和解决方法。
2. 实验背景本次实验旨在研究单输入单输出（SISO）的控制系统。
通过建模、设计和实施控制器，我们将探讨如何使系统达到期望的性能指标。
在实验过程中，我们使用了控制工程中常用的方法和工具，如PID控制器、校正方法和稳定性分析等。
3. 实验目标本实验的主要目标是设计一个PID控制器来控制一个特定的系统，使其满足给定的性能要求。
具体目标如下： - 理解PID控制器的原理和工作方式； - 利用实验数据建立系统的数学模型； - 利用系统模型设计优化的PID控制器； - 分析和评估实验结果，判断控制系统的稳定性和性能。
4. 实验过程实验分为以下几个步骤： ### 4.1 建立系统模型首先，我们需要对所控制的系统进行建模。
使用传感器收集系统的输入和输出数据，并通过系统辨识方法分析这些数据，得到系统的数学模型。
常用的辨识方法包括最小二乘法和频域分析法。
4.2 设计PID控制器基于系统模型的分析，我们可以设计PID控制器。
通过调整PID控制器的参数，如比例增益、积分时间常数和微分时间常数，我们可以优化控制系统的性能。
4.3 实施控制器将设计好的PID控制器实施到实际系统中。
在实验中，我们需要将传感器和控制器与被控对象连接，并配置合适的控制策略。
4.4 性能评估通过收集系统的输入和输出数据，并利用系统模型进行仿真和分析，我们可以评估控制系统的性能。
常见的评估指标包括超调量、上升时间和稳态误差等。
5. 实验结果与分析根据实验数据和分析结果，我们得到了以下结论： - PID控制器可以有效地控制被控对象，使其稳定在期望值附近； - 通过适当调整PID控制器的参数，我们可以优化控制系统的性能； - 预测模型与实际系统存在一定差异，可能需要进一步改进和校正。
控制工程实验报告
《控制工程基础》实验任务实验一 系统时域响应分析1. 实验目的本实验的主要目的是：通过实验使学生进一步理解系统参数对时域响应的影响，理解系统参数与时域性能指标之间的关系，同时了解系统稳定性的充要条件。
本实验的内容覆盖了教材第3、4、5章的内容。
2. 实验内容完成一阶、二阶系统在典型输入信号作用下的响应，求取二阶系统的性能指标，记录试验结果并对此进行分析。
3. 实验要求要求掌握应用MATLAB 软件的相应功能，实现一阶、二阶系统在典型输入信号（包括单位脉冲信号、单位阶跃信号、单位斜坡信号、正弦信号等）作用下的响应；记录实验结果并对结果进行分析，要求用实验结果来分析系统特征参数对系统时间响应的影响。
4. 实验地点工字楼127。
5. 实验过程一、系统的传递函数及其MATLAB 表达 (1)一阶系统 传递函数为：1)(+=Ts Ks G 传递函数的MATLAB 表达： num=[k]；den=[T,1]；G(s)=tf(num,den) (2)二阶系统 传递函数为：2222)(nn n w s w s w s G ++=ξ传递函数的MATLAB 表达： num=[wn^2]；den=[1，2*s* wn ，wn^2]；G(s)=tf(num,den) （3）任意的高阶系统传递函数为：nn n n m m m m a s a s a s a b s b s b s b s G ++++++++=----11101110)(传递函数的MATLAB 表达：num=[m m b b b b ,,,110- ]；den=[n n a a a a ,,,110- ]；G(s)=tf(num,den) 若传递函数表示为：)())(()())(()(1010n m p s p s p s z s z s z s Ks G ------=则传递函数的MATLAB 表达：z=[m z z z ,,,10 ]；p=[n p p p ,,,10 ]；K=[K]；G(s)=zpk(z,p,k) 二、 各种时间输入信号响应的表达 （1）单位脉冲信号响应：[y,x]=impulse(sys,t) （2）单位阶跃信号响应：[y,x]=step(sys,t) （3）任意输入信号响应：[y,x]=lsim(sys,u,t)其中，y 为输出响应，x 为状态响应（可选）；sys 为建立的模型；t 为仿真时间区段（可选）,u 为给定输入信号（列向量）。
控制工程基础实验报告
控制工程基础实验报告控制工程基础实验报告引言：控制工程是一门涉及自动化、电子、计算机等多个学科的交叉学科，其实验是培养学生动手能力和实践能力的重要环节。
本篇文章将以控制工程基础实验为主题，探讨实验的目的、过程和结果等方面。
实验目的：控制工程基础实验的目的是让学生通过实践了解控制系统的基本原理和方法，培养其分析和解决问题的能力。
通过实验，学生可以掌握闭环控制系统的设计与调试技巧，加深对控制理论的理解。
实验内容：本次实验的内容是设计一个简单的温度控制系统。
系统由温度传感器、控制器和加热器组成。
温度传感器采集环境温度，控制器根据设定的温度值来控制加热器的工作状态，以维持温度在设定值附近。
实验步骤：1. 搭建实验平台：将温度传感器、控制器和加热器按照实验要求连接起来，确保电路正常工作。
2. 设计控制算法：根据控制系统的要求，设计合适的控制算法。
可以采用比例控制、积分控制或者PID控制等方法。
3. 参数调试：根据实验平台和控制算法的特点，调试控制器的参数，使系统能够快速、稳定地响应设定值的变化。
4. 实验数据采集：通过实验平台上的数据采集器，记录系统的输入和输出数据，以便后续分析和评估。
实验结果：经过实验，我们得到了一组温度控制系统的数据。
通过对这些数据的分析，我们可以评估系统的控制性能和稳定性。
在实验中，我们使用PID控制算法，经过参数调试，得到了较好的控制效果。
系统能够在设定值附近稳定工作，并且对设定值的变化能够快速响应。
实验总结：通过这次实验，我们深入了解了控制工程的基本原理和方法。
实践中遇到的问题和挑战，锻炼了我们的动手能力和解决问题的能力。
实验结果表明，合适的控制算法和参数调试是实现良好控制效果的关键。
控制工程实验的重要性不言而喻，它不仅是理论学习的延伸，更是培养学生实践能力的重要途径。
结语：控制工程基础实验是掌握控制工程理论和方法的重要环节。
通过实践，学生能够更好地理解和应用所学知识，提高解决实际问题的能力。
燕山大学控制工程基础实验报告(带数据)
自动控制理论实验报告实验一典型环节的时域响应院系：班级：学号：姓名：实验一 典型环节的时域响应一、 实验目的1．掌握典型环节模拟电路的构成方法，传递函数及输出时域函数的表达式。
2．熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。
3．了解各项参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、 实验设备PC 机一台，TD-ACC+教学实验系统一套。
三、 实验步骤1、按图1-2比例环节的模拟电路图将线接好。
检查无误后开启设备电源。
注：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100k 电阻。
不需再接。
2、将信号源单元的“ST ”端插针与“S ”端插针用“短路块”接好。
将信号形式开关设为“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“OUT ”端输出的方波幅值为1V ，周期为10s 左右。
3、将方波信号加至比例环节的输入端R(t)， 用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测模拟电路的输入R(t)端和输出C(t)端。
记录实验波形及结果。
4、用同样的方法分别得出积分环节、比例积分环节、惯性环节对阶跃信号的实际响应曲线。
5、再将各环节实验数据改为如下：比例环节：；，k R k R 20020010== 积分环节：；，u C k R 22000==比例环节：；，，u C k R k R 220010010=== 惯性环节：。
，u C k R R 220010=== 用同样的步骤方法重复一遍。
四、 实验原理、内容、记录曲线及分析下面列出了各典型环节的结构框图、传递函数、阶跃响应、模拟电路、记录曲线及理论分析。
1．比例环节 (1) 结构框图：图1－1 比例环节的结构框图(2) 传递函数：K S R S C =)()( KR(S)C(S)(3) 阶跃响应：C(t = K ( t ≥0 ) 其中K = R 1 / R 0 (4) 模拟电路：图1－2 比例环节的模拟电路图(5)记录曲线：(6)k R k R 20020010==，时的记录曲线：_R0=200kR1=100k_ 10K10KC(t)反相器 比例环节 R(t)(7)曲线分析：比例放大倍数K 与1R 的阻值成正比。
南昌大学控制工程实验报告
实验报告实验课程：机械工程控制基础学生姓名：周栋学号：5902110054专业班级：热能101班实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究一．实验目的1．通过实验熟悉并掌握实验装置和上位机软件的使用方法。
2．通过实验熟悉各种典型环节的传递函数及其特性，掌握电路模拟和软件仿真研究方法。
二．实验内容1．设计各种典型环节的模拟电路。
2．完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。
3．在上位机界面上，填入各个环节的实际（非理想）传递函数参数，完成典型环节阶跃特性的软件仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。
三．实验步骤1．熟悉实验箱，利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录设计并连接各种典型环节（包括比例、积分、比例积分、比例微分、比例积分微分以及惯性环节）的模拟电路。
注意实验接线前必须先将实验箱上电，以对运放仔细调零。
然后断电，再接线。
接线时要注意不同环节、不同测试信号对运放锁零的要求。
在输入阶跃信号时，除比例环节运放可不锁零（G可接-15V）也可锁零外，其余环节都需要考虑运放锁零。
2．利用实验设备完成各典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。
必须在熟悉上位机界面操作的基础上，充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。
以比例环节为例，此时将Ui连到实验箱 U3单元的O1（D/A 通道的输出端），将Uo连到实验箱 U3单元的I1（A/D通道的输入端），将运放的锁零G连到实验箱 U3单元的G1（与O1同步），并连好U3单元至上位机的并口通信线。
接线完成，经检查无误，再给实验箱上电后，启动上位机程序，进入主界面。
界面上的操作步骤如下：①按通道接线情况完成“通道设置”:在界面左下方“通道设置”框内，“信号发生通道”选择“通道O1＃”，“采样通道X”选择“通道I1＃”，“采样通道Y”选择“不采集”。
②进行“系统连接”（见界面左下角），如连接正常即可按动态状态框内的提示（在界面正下方）“进入实验模式”；如连接失败，检查并口连线和实验箱电源后再连接，如再失败则请求指导教师帮助。
自动控制原理实验报告分析
自动控制原理实验报告分析自动控制原理实验报告分析引言：自动控制原理是现代工程领域中的重要学科，它研究的是如何设计和实现能够自动调节和控制系统的方法和技术。
在本次实验中，我们通过搭建一个简单的控制系统，来深入了解自动控制原理的基本概念和应用。
实验目的：本次实验的主要目的是通过实际操作，掌握自动控制原理的基本原理和方法，包括PID控制器的调节和系统的稳定性分析。
实验过程：首先，我们搭建了一个简单的温度控制系统。
该系统由一个加热器、一个温度传感器和一个PID控制器组成。
我们通过调节PID控制器的参数，使得系统能够稳定地控制温度在一个设定值附近。
然后，我们进行了一系列的实验操作。
首先，我们调节了PID控制器的比例、积分和微分参数，观察系统的响应情况。
随后，我们分别增大和减小了设定温度值，观察系统的稳定性和响应速度。
最后，我们还对系统进行了干扰实验，通过给系统施加一个外部干扰，观察系统的抗干扰能力。
实验结果：通过实验，我们得到了一系列的实验结果。
首先，我们发现当PID控制器的比例参数过大时，系统会出现超调现象，温度会波动较大。
而当比例参数过小时，系统的响应速度会变慢，温度调节不及时。
接着，我们发现当积分参数过大时，系统会出现积分饱和现象，温度无法稳定。
而当积分参数过小时，系统的稳定性会变差，温度波动较大。
最后，我们发现当微分参数过大时，系统会对噪声产生较大的响应，温度调节不平稳。
而当微分参数过小时，系统的响应速度会变慢，温度调节不及时。
讨论与分析：通过对实验结果的分析，我们可以得出以下结论：PID控制器的参数调节对系统的稳定性和响应速度有着重要的影响。
比例参数决定了系统对误差的响应程度，积分参数决定了系统对误差的积累程度，微分参数决定了系统对误差变化率的响应程度。
因此，在实际应用中，我们需要根据系统的特点和要求，合理选择PID控制器的参数，以达到最佳的控制效果。
结论：通过本次实验，我们深入了解了自动控制原理的基本概念和应用。
现代控制工程实验报告
研究生实验报告院（系）：课程名称：专业：学生姓名：班级：学号：任课教师：日期： 2017年实验一一.实验目的1．掌握控制系统设计的频率响应法；2．研究超前、迟后和迟后-超前校正的仿真方法；3. 比较不同校正方法对控制系统的影响。
二.实验内容1．控制系统的开环传递函数如下：设计超前校正控制器，要求：（1）系统的静态误差常数120-=vK s（2）相角裕度50︒γ≥（3）幅值裕度10≥gK db仿真实验要求如下：1. 绘制未校正原系统的BODE图，求出未校正系统的,,,ωγωKc g g；2. 求出控制器传递函数，绘制控制器的BODE图；3. 求出校正后系统的传递函数，绘制校正后系统的BODE图，求出校正后系统的,,,ωγωKc g g；4. 绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，求出校正前后系统的时域指标（图解即可）；5. 分析超前校正对系统的影响。
2．控制系统的开环传递函数如下：设计迟后校正控制器，要求 ： （1）系统的静态误差常数15-=v K s （2）相角裕度40︒γ≥ （3）幅值裕度10≥g K db 仿真实验要求如下：绘制未校正原系统的BODE 图，求出未校正系统的,,,ωγωK c g g ；求出控制器传递函数，绘制控制器的BODE 图；求出校正后系统的传递函数，绘制校正后系统的BODE 图，求出校正后系统的,,,ωγωK c g g；绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，求出校正前后系统的时域指标（图解即可）；分析迟后校正对系统的影响。
3．控制系统的开环传递函数如下：设计迟后校正控制器，要求 ： 系统的静态误差常数110-=v K s 相角裕度50︒γ≥ 幅值裕度10≥g K db仿真实验要求如下：绘制未校正原系统的BODE 图，求出未校正系统的,,,ωγωK c g g ；求出控制器传递函数，绘制控制器的BODE ；求出校正后系统的传递函数，绘制校正后系统的BODE 图，求出校正后系统的,,,ωγωK c g g；绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，求出校正前后系统的时域指标（图解即可）；分析迟后-超前校正对系统的影响。
控制工程基础实验报告讲解
控制工程基础实验报告北京工业大学机电学院指导教师：初红艳学号：姓名：一．实验目的本实验中，学生使用MATLAB 语言进行控制系统的分析，可以达到以下目的： （1）通过MATLAB 的分析，掌握控制系统的时域瞬态响应、频率特性，根据时域性能指标、频域性能指标评价控制系统的性能，根据系统频率特性进行稳定性分析，了解对系统进行校正的方法，从而进一步巩固、加深对课堂内容的掌握，加强对控制工程基础知识的掌握。
（2）熟悉MATLAB 的控制系统图形输入与仿真工具SIMULINK ，能够对一些框图进行仿真或线性分析，使一个复杂系统的输入变得相当容易且直观。
（3）通过本实验，使学生掌握进行控制系统计算机辅助分析的方法，学会利用MATLAB 语言进行复杂的实际系统的分析、校正与设计，具备解决工程实际问题的能力。
二．实验内容控制系统方块图如图1所式。
这是一个电压—转角位置随动系统，系统的功能是用电压量去控制一个设备的转角，给定值大，输出转角也就成比例地增大。
图1 系统方块图 图中，)(1s G 为前置放大及校正网络传递函数K 2为功率放大器放大倍数，102=K K 3为电动机传递系数，s V rad K ⋅=/83.23 T M 为电动机机电时间常数，s T M 1.0= T a 为电动机电磁时间常数，ms T a 4= K c 为测速传递系数，rad s V K c /15.1⋅=β 为测速反馈分压系数，1=βK a 为主反馈电位计传递系数，rad V K a /7.4= U i 为输入电压U b 为反馈电压 U i 2为速度环输入电压 U c 为测速机电压 U D 为电动机电压n 为电动机转速取1=β三、实验报告1.对于二阶系统：1)(23++=s s G Ts T T KMaM，a M MaM T T T T T 21n ==ζω其阶跃响应和单位脉冲响应分别如图1-1、1-2所示：MATLAB 语言为： >>num=[2.83]num =2.8300>> den=[0.0004,0.1,1]den =0.0004 0.1000 1.0000>> sys=tf(num,den) sys =2.83 ---------------------- 0.0004 s^2 + 0.1 s + 1Continuous -time transfer function.>> step(sys)>> impulse(sys)图1-1图1-2此时阻尼比为2.5，由其阶跃响应可知其稳态值为2.83，为过阻尼状态，瞬态响应指标如上图所示；在无阻尼自振角频率不变时，通过简单计算得出如下的结论：M a M n T T T 25===ζω,0004.0,50调整TM=0.01，Ta=0.04,使得系统处于欠阻尼状态，0.25=ξ,其阶跃响应与单位脉冲响应1-3、1-4；MATLAB 语言如下：>>num=[2.83]num =2.8300>> den=[0.0004,0.01,1]den =0.0004 0.0100 1.0000>> sys=tf(num,den) sys =2.83 -----------------------0.0004 s^2 + 0.01 s + 1Continuous -time transfer function.>> step(sys) >> impulse(sys)其瞬态响应指标在下图中标出;图1-3图1-4调整TM=0.04，Ta=0.01,使得系统处于临界阻尼状态，其阶跃响应与单位脉冲响应如图1-5、1-6所示；MATLAB语言如下：>>num=[2.83]num =2.8300>> den=[0.0004,0.04,1]den =0.0004 0.0400 1.0000>> sys=tf(num,den)sys =2.83-----------------------0.0004 s^2 + 0.04 s + 1Continuous-time transfer function.>> step(sys)>> impulse(sys图1-5图1-6由以上当TM=0.1，Ta=0.0004，系统处于过阻尼状态，其阶跃响应与单位脉冲响应见图1-1、1-2所示：分析：由以上响应曲线和响应指标可知，过阻尼与临界阻尼无超调、无振荡，而欠阻尼有超调和振荡，过阻尼达到平衡状态所需的时间比临界阻尼和过阻尼都要长。
控制工程实验报告
Hefei University of Technology《控制工程基础》实验报告学院机械与汽车工程学院姓名学号专业班级机械设计制造及其自动化13-7班2015年12月15日自动控制原理实验• 1、线性系统的时域分析• 1.1典型环节的模拟研究一、实验要求1、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、实验原理(典型环节的方块图及传递函数)三、实验内容及步骤在实验中欲观测实验结果时，可用普通示波器，也可选用本实验机配套的虚拟示波器。
如果选用虚拟示波器，只要运行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实验项目，再选择开始实验，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。
该环节在A1单元中分别选取反馈电阻R1=100K 、200K 来改变比例参数。
图3-1-1 典型比例环节模拟电路实验步骤： 注：“SST ”不能用“短路套”短接！（1）将信号发生器（B1）中的阶跃输出0/+5V 作为系统的信号输入（Ui ） （2）安置短路套、联线，构造模拟电路：（a（b（3）虚拟示波器（B3）的联接：示波器输入端CH1接到A6单元信号输出端OUT （Uo ）。
注：CH1选“X1”档。
时间量程选“x4”档。
（4）运行、观察、记录：按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+5V 阶跃），用示波器观测A6输出端（Uo ）的实际响应曲线Uo （t ），且将结果记下。
改变比例参数（改变运算模拟单元A1的反馈电阻R1），重新观测结果,其实际阶跃响应曲线见表3-1-1。
2) 观察惯性环节的阶跃响应曲线典型惯性环节模拟电路如图3-1-2所示。
自动控制原理实验报告分析
自动控制原理实验报告分析1. 引言自动控制原理是现代工程中非常重要的一门学科。
它研究如何设计和分析能够实现自动化控制的系统，以满足特定的性能要求。
通过实验，我们可以验证控制系统的性能，并深入理解自动控制原理的基本概念和工作原理。
本文将对自动控制原理实验进行详细分析和总结。
2. 实验目的本次实验的目的是研究PID（比例-积分-微分）控制器在温度控制系统中的应用。
通过调节PID控制器的参数，我们可以观察到不同控制参数对系统稳定性、响应速度和超调量等性能指标的影响。
3. 实验步骤本次实验使用了一个温度控制系统。
我们需要调节PID控制器的三个参数（比例增益、积分时间和微分时间）来实现温度的稳定控制。
具体的实验步骤如下：3.1 准备工作在进行实验之前，我们需要确保实验所需的设备和软件已经准备就绪。
这包括温度传感器、温度控制器、计算机等。
3.2 连接系统将温度传感器连接到温度控制器，并将温度控制器连接到计算机。
确保连接正确并稳定。
3.3 设置初始参数在实验开始前，我们需要设置PID控制器的初始参数。
一般情况下，我们可以先将比例增益和积分时间设置为较小的值，微分时间设置为0。
3.4 开始实验启动温度控制系统，并记录温度的变化。
观察温度的稳定性、响应速度和超调量等指标，并记录下来。
3.5 调节参数根据实验结果，我们可以调节PID控制器的参数来改善系统的性能。
通过增大比例增益可以提高系统的响应速度，但可能会导致较大的超调量。
增大积分时间可以减小超调量，但可能会降低系统的稳定性。
调节微分时间可以改善系统的稳定性和响应速度。
3.6 重复实验根据实验结果，我们可以不断调节PID控制器的参数，并进行多次实验，以得到更好的控制效果。
4. 实验结果分析根据实验的记录数据，我们可以对实验结果进行分析。
通过观察温度的变化曲线以及性能指标的大小，我们可以得出如下结论：•较大的比例增益可以提高系统的响应速度，但会导致较大的超调量。
•较大的积分时间可以减小超调量，但会降低系统的稳定性。
控制工程实习报告
控制工程实习报告一、引言控制工程是现代工程领域中不可或缺的重要学科，其应用广泛涵盖了制造业、交通运输、能源系统等众多领域。
为了提高学生在控制工程方面的实践能力，我校设立了控制工程实习课程。
本实习报告就是基于我在实习期间的实际操作与体验，对这门课程进行总结和反思，以期对学科的进一步学习与应用能够有所帮助。
二、实习内容1. 实习项目：PID控制器调参与优化在实习期间，我与同学们一起进行了PID控制器调参与优化的实习项目。
我们首先了解了PID控制器的基本原理与算法，然后通过实际操控设备，对PID参数在不同控制单位下的作用进行了实际观察，并通过数据分析得出控制器的最佳参数。
2. 实习设备与工具为了完成我们的实习项目，我们使用了以下设备与工具：- 控制器：我们使用了一台先进的控制器设备，该设备具备了多种控制模式，能够灵活应对不同的控制需求。
- 传感器：为了获得控制设备的反馈信号，我们使用了传感器来监测设备的相关参数，如温度、压力等。
- 软件工具：我们使用了MATLAB等软件工具进行PID参数的计算与优化，并对实际运行的数据进行分析与处理。
三、实习过程与心得1. 实习过程在实习过程中，我们首先进行了理论学习，并对PID控制器的各种参数进行了了解与分析。
随后，我们开始实际操作设备，调整PID参数并记录数据。
通过多次试验与数据分析，我们逐渐掌握了PID控制器调参的基本方法与技巧。
最后，在实践操作中，我们成功找到了最佳的PID参数组合，并实现了对设备的良好控制。
2. 实习心得通过这次实习，我深刻认识到了控制工程在现代工程中的重要性。
掌握了PID控制器调参与优化的基本方法，提高了自己的实践能力和解决问题的能力。
同时，我也意识到了在实践操作中的困难与挑战，如如何准确地选取PID参数、如何分析实际数据等。
这些问题需要我们不断地学习与实践，才能够更好地应对。
四、实习总结与展望通过这次控制工程实习，我不仅在理论知识上有所提高，更重要的是在实际操作与解决问题的过程中锻炼了自己的能力。
机械控制工程基础实验报告
机械控制工程基础实验报告一、实验目的机械控制工程基础实验是机械工程及相关专业的重要实践环节，通过实验可以加深对机械控制工程基本理论的理解，掌握控制系统的性能分析和设计方法，提高实际动手能力和解决问题的能力。
本次实验的具体目的包括：1、熟悉典型控制系统的组成和工作原理。
2、掌握控制系统数学模型的建立方法。
3、学会运用实验设备对控制系统的性能进行测试和分析。
4、培养团队合作精神和创新思维。
二、实验设备本次实验所使用的设备主要包括：1、控制实验台：包括电机、传感器、控制器等部件，用于构建控制系统。
2、计算机：安装有相关的实验软件，用于数据采集和处理。
3、示波器：用于观察系统的输入输出信号。
三、实验原理1、控制系统的组成控制系统通常由控制对象、控制器、传感器和执行机构组成。
控制对象是被控制的物理设备或过程，控制器根据传感器采集到的系统状态信息，按照一定的控制算法计算出控制量，通过执行机构作用于控制对象，使系统的输出达到预期的目标。
2、控制系统的数学模型数学模型是描述控制系统动态特性的数学表达式，常用的有传递函数和状态空间方程。
传递函数是在零初始条件下，输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比。
状态空间方程则是用一组一阶微分方程来描述系统的动态特性。
3、控制系统的性能指标控制系统的性能指标包括稳定性、准确性和快速性。
稳定性是指系统在受到外界干扰后，能够恢复到平衡状态的能力；准确性是指系统的输出与期望值之间的偏差大小；快速性是指系统从一个状态过渡到另一个状态所需的时间。
四、实验内容1、一阶系统的响应特性实验构建一阶系统，输入阶跃信号，观察系统的输出响应，记录响应曲线。
通过改变系统的参数，如时间常数，分析其对系统响应速度和稳定性的影响。
2、二阶系统的响应特性实验构建二阶系统，输入阶跃信号，观察系统的输出响应。
调整系统的阻尼比和自然频率，研究其对系统的超调量、调节时间等性能指标的影响。
3、系统的频率特性实验给系统输入不同频率的正弦信号，测量系统的输出幅值和相位，绘制系统的幅频特性和相频特性曲线。
南理工 机械院 控制工程基础实验报告
实验1 模拟控制系统在阶跃响应下的特性实验一、实验目的根据等效仿真原理，利用线性集成运算放大器及分立元件构成电子模拟器，以干电池作为输入信号，研究控制系统的阶跃时间响应。
二、实验内容研究一阶与二阶系统结构参数的改变，对系统阶跃时间响应的影响。
三、实验结果及理论分析1.一阶系统阶跃响应a.电容值1uF，阶跃响应波形：b.电容值2.2uF，阶跃响应波形：c. 电容值4.4uF ，阶跃响应波形：2. 一阶系统阶跃响应数据表电容值 （uF ） 稳态终值U c （∞）（V ） 时间常数T(s) 理论值 实际值 理论值 实际值 1.0 2.87 2.90 0.51 0.50 2.2 2.87 2.90 1.02 1.07 4.42.872.902.242.06元器件实测参数U r = -2.87VR o =505k ΩR 1=500k ΩR 2=496k Ω其中C R T 2=r c U R R U )/()(21-=∞误差原因分析：①电阻值及电容值测量有误差；②干电池电压测量有误差；③在示波器上读数时产生误差；④元器件引脚或者面包板老化，导致电阻变大；⑤电池内阻的影响输入电阻大小。
⑥在C=4.4uF的实验中，受硬件限制，读数误差较大。
3.二阶系统阶跃响应a.阻尼比为0.1，阶跃响应波形：b.阻尼比为0.5，阶跃响应波形：c.阻尼比为0.7，阶跃响应波形：d.阻尼比为1.0，阶跃响应波形：4.二阶系统阶跃响应数据表ξR w（Ω）峰值时间t p（s）U o(t p)（V）调整时间t s（s）稳态终值U s（V）超调（%）M p震荡次数N0.1 454k 0.3 4.8 2.8 2.95 62.7 60.5 52.9k 0.4 3.3 0.5 2.95 11.9 10.7 24.6k 0.4 3.0 0.3 2.92 2.7 11.02.97k 1.0 2.98 1.0 2.98 0 0四、回答问题1.为什么要在二阶模拟系统中设置开关K1和K2，而且必须同时动作？答：K1的作用是用来产生阶跃信号，撤除输入信后，K2则是构成了C2的放电回路。
控制工程实验报告
控制工程实验报告精04 张为昭 2010010591实验一 Matlab仿真实验利用Matlab-Simulink工具进行如下仿真实验。
1.1直流电机的阶跃响应如图1-1，对直流电机输入一个单位阶跃信号,画出阶跃响应曲线,指出主导极点。
图1-1 直流电机的阶跃响应所作的响应曲线如下图1-11所示。
图 1-11 直流电动机响应曲线已知传递函数两个极点是-10和-10000，故主导极点为-10。
1.2直流电机速度闭环控制如图1-2,用测速发电机检测直流电机转速,用控制器Gc(s)控制加到电机电枢上的电压。
图 1-2 直流电机速度闭环控制（1）假设G c(s)=100,用matlab画出控制系统开环Bode图,计算增益剪切频率、相位裕量、相位剪切频率、增益裕量。
开环Bode图如图1-21所示。
图1-21开环Bode图求得的增益剪切频率、相位裕量、相位剪切频率、增益裕量分别为784.3rad/s、48.1deg、3179.7rad/s、11.1dB。
（2）通过分析Bode图,选择合适的常数K p作为G c(s),使闭环阶跃响应的最大超调量在0～5％之间。
由于系统为高阶系统且不是最优模型，所以采用试探法求合适的KP。
已知减小KP ，可使超调量降低，但快速性和精度变差差。
经过调试，取KP为41时较合适，此时闭环阶跃响应如图1-22所示。
计算得超调量：Mp =(50.920148.8096-1)´100%=4.32%满足要求，且此时的相角裕量和增益裕量分别为68.3738deg和27.1253，满足要求。
（3）计算此时的稳态位置误差系数,画出闭环系统阶跃响应曲线,稳态值是否与理论一致?系统为0型，此时的稳态位置误差系数即为开环静态放大倍数41，理论稳态值计算为：x(¥)=10.02(1-11+41)=48.8095仿真得到的响应如图1-22所示，稳态值为48.8096，理论和实际相符合。
图 1-22 闭环单位阶跃响应图（4）令G c(s)=K p+K I/s,通过分析(2)的Bode图,判断如何取合适的K p和K I的值,使得闭环系统既具有高的剪切频率和合适的相位裕量,又具有尽可能高的稳态速度误差系数。
控制工程,控制系统的时间响应分析实验报告
控制工程,控制系统的时间响应分析实验报告实验目的：
1、了解控制系统的时间响应。
2、通过实验掌握一阶惯性环节和二阶惯性环节的时间常数对系统时间响应的影响。
3、通过实验掌握如何利用MATLAB软件绘制系统的单位阶跃响应曲线。
实验原理：
控制系统的时间响应分为三个阶段：静态过程、动态过程和稳态过程。
静态过程：是指从系统没有被激励时到系统开始响应的时间段。
此阶段的特点是系统的输出仍处于最初的状态，并且在此过程中系统输入信号的变化不会影响系统的输出。
稳态过程：是指在稳定状态下，系统的输出呈现出稳定的状态，此时系统输出的波动已经趋近于0。
一阶惯性环节：
当系统被激励时，一阶惯性环节的时间响应曲线通常呈现出下列形式：
y(t) = Kp(1-e^(-(t-Td)/τ))
y(t)表示t时刻系统的输出，Kp是系统的比例增益，Td表示系统的传递延迟时间，τ是传递恒量。
y(t) = Kp[1-2e^(-(ξω_n) t)cos(ω_n√(1-ξ^2)t)+e^(-(2ξω_n) t)]
实验步骤：
1、利用实验箱FT1218一阶惯性环节模块和二阶惯性环节模块搭建图示电路。
3、记录实验数据，并对单位阶跃响应曲线进行分析并作出梯形图。
实验结果：
Kp=2.0，τ=1.0，Td=0.0
单位阶跃响应曲线：
梯形图：
从实验中我们可以看出，在一阶惯性环节中，随着时间的增加，响应曲线逐渐接近1.0，趋于平稳，其响应速度较慢，响应波动较小。
在工程实际应用中，需要根据实际控制对象的特性，选择更合适的控制模型，以达到更好的控制效果。
控制工程实验报告
实验一、实验装置的基本操作与仪表调试一、实验目的1、了解本实验装置的结构与组成。
2、掌握压力变送器的使用方法。
3、掌握实验装置的基本操作与变送器仪表的调整方法。
二、实验设备1、THKGK-1型过程控制实验装置GK-02 GK-03 GK-04 GK-072、万用表一只三、实验装置的结构框图图1-1、液位、压力、流量控制系统结构框图四、实验内容1、设备组装与检查：1）、将GK-02、GK-03、GK-04、GK-07挂箱由右至左依次挂于实验屏上。
并将挂件的三芯蓝插头插于相应的插座中。
2）、先打开空气开关再打开钥匙开关，此时停止按钮红灯亮。
3）、按下起动按钮，此时交流电压表指示为220V，所有的三芯蓝插座得电。
4）、关闭各个挂件的电源进行连线。
2、系统接线：1）、交流支路1：将GK-04 PID调节器的自动/手动切换开关拨到“手动”位置，并将其“输出”接GK-07变频器的“2”与“5”两端（注意：2正、5负），GK-07的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U1、V1、W1”输入端；GK-07 的“SD”与“STR”短接，使电机驱动磁力泵打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STF”短接）。
2）、交流支路2：将GK-04 PID调节器的给定“输出”端接到GK-07变频器的“2”与“5”两端（注意：2正、5负）；将GK-07变频器的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U2、V2、W2”输入端；GK-07 的“SD”与“STR”短接，使电机正转打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STF”短接）。
3、仪表调整：（仪表的零位与增益调节）在GK-02挂件上面有四组传感器检测信号输出：LT1、PT、LT2、FT（输出标准DC0~5V），它们旁边分别设有数字显示器，以显示相应水位高度、压力、流量的值。
对象系统左边支架上有两只外表为蓝色的压力变送器，当拧开其右边的盖子时，它里面有两个3296型电位器，这两个电位器用于调节传感器的零点和增益的大小。
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机械工程控制基础实验报告
实验课程：机械工程控制基础
学生姓名：
学号：
专业班级：
实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究一．实验目的
1．通过实验熟悉并掌握实验装置和上位机软件的使用方法。
2．通过实验熟悉各种典型环节的传递函数及其特性，掌握电路模拟和软件仿真研究方法。
二．实验内容
1．设计各种典型环节的模拟电路。
2．完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。
3．在上位机界面上，填入各个环节的实际（非理想）传递函数参数，完成典型环节阶跃特性的软件仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。
三．实验步骤
1．熟悉实验箱，利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录设计并连接各种典型环节（包括比例、积分、比例积分、比例微分、比例积分微分以及惯性环节）的模拟电路。
注意实验接线前必须先将实验箱上电，以对运放仔细调零。
然后断电，再接线。
接线时要注意不同环节、不同测试信号对运放锁零的要求。
在输入阶跃信号时，除比例环节运放可不锁零（G可接-15V）也可锁零外，其余环节都需要考虑运放锁零。
2．利用实验设备完成各典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。
必须在熟悉上位机界面操作的基础上，充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。
以比例环节为例，此时将Ui连到实验箱 U3单元的O1（D/A 通道的输出端），将Uo连到实验箱 U3单元的I1（A/D通道的输入端），将运放的锁零G连到实验箱 U3单元的G1（与O1同步），并连好U3单元至上位机的并口通信线。
接线完成，经检查无误，再给实验箱上电后，启动上位机程序，进入主界面。
界面上的操作步骤如下：
①按通道接线情况完成“通道设置”:在界面左下方“通道设置”框内，“信号发生通道”选择“通道O1＃”，“采样通道X”选择“通道I1＃”，“采样通道Y”选择“不采集”。
②进行“系统连接”（见界面左下角），如连接正常即可按动态状态框内的
提示（在界面正下方）“进入实验模式”；如连接失败，检查并口连线和实验箱电源后再连接，如再失败则请求指导教师帮助。
③进入实验模式后，先对显示进行设置：选择“显示模式”（在主界面左上角）为“X-t”；选择“量程”（在“显示模式”下方）为100ms/div；并在界面右方选择“显示”“系统输入信号”和“采样通道X”。
④完成实验设置，先选择“实验类别”（在主界面右上角）为“时域”，然后点击“实⑤以上设置完成后，按“实验启动”启动实验，动态波形得到显示，直至“持续时间”结束，实验也自动结束，如上述参数设置合理就可以在主界面中间得到环节的“阶跃响应”。
⑥利用“红线数值显示”功能（详见软件使用说明书）观测实验结果；改变实验箱上环节参数，重复⑤的操作；如发现实验参数设置不当，看不到“阶跃响应”全过程，可重复④、⑤的操作。
⑦按实验报告需要，将图形结果保存为位图文件，操作方法参阅软件使用说明书。
3．利用上位机完成环节阶跃特性软件仿真的操作，前①②步骤与2相同，其后操作步骤如下：
③进入实验模式后，先对显示进行设置：选择“显示模式”（在主界面左上角）为“X-t”；选择“量程”（在“显示模式”下方）为100ms/div；并在界面右方选择“显示”“系统仿真”。
④在上位机界面右上角“实验类别”中选择“软件仿真”。
⑤然后点击“实验参数设置”，在弹出的“仿真设置”框内，先作“系统仿真输入信号设定”，选择“输入波形类别”为“周期阶跃信号”，选择“输入波形幅值”为“1V”，选择“输入波形占空比”为50%，选择“输入波形周期”为“1000ms”，选择“输入持续时间”为“1000ms”, 选择波形不“连续”。
以上除必须选择“周期阶跃信号”外，其余的选择都不是唯一的。
要特别注意，除单个比例环节外，对其它环节和系统都必须考虑环节和系统的时间常数，如仍选择“输入波形占空比”为50%，那么“输入波形周期”至少是环节或系统中最大时间常数的6～8倍。
⑥在“仿真设置”框内的“传递函数”栏目中填入各个环节的实际（非理想）传递函数参数。
完成典型环节阶跃特性的软件仿真研究，并与电路模拟研究的结果作比较。
⑦在“仿真设置”框内的“其它设置”栏目中选择“时域仿真”。
⑧以上设置完成后，按“实验启动”启动实验，动态波形得到显示，直至“持续时间”结束，实验也自动结束，如设置合理就可以在主界面中间得到环节的“阶跃响应”。
⑨利用“红线数值显示”功能（详见软件使用说明书）观测实验结果；在“仿真设置”框内的“传递函数”栏目中改变原填入的环节传递函数参数，重复⑧的操作；如发现“系统仿真输入信号设定”中的实验参数设置不当，看不到“阶跃
响应”全过程，可重复⑤、⑧的操作。
⑩按实验报告需要，将图形结果保存为位图文件，操作方法参阅软件使用说明书。
4．分析实验结果，完成实验报告。
四．实验图像及结果分析
1．比例(P)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应
比例环节的传递函数为：
K s U s U i O =)
()
(
2．积分(I)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应 积分环节的传递函数为：
Ts
s U s U i O 1
)()(=
其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图1.2.1、图1.2.2和图1.2.3所
图1.2.2
C I
+u i R 0-+
+R R -+
u o
图1.2.30u o t t
Ts 图1.2.1
1U i s
U o s
12
1212
233112030
()()(1)o U s R R R R Cs R R Cs R =+⎢⎥++=+
1．典型二阶系统
典型二阶系统的方块结构图如图2.1.1所示： 其开环传递函数为o
T K
K s T s K s G 111,)1()(=+=
，
其闭环传递函数为2
22
2)(n
n n s s s W ωξωω++=，其中，111121,T K T T T K o
o n ==ξω
图2.1.3a
c t
t
图2.1.3c
c t
t
+
图2.1.2200k
200k
r(t)-+
+200k
1u C
200k
R 0
-
+
+
+
C 100k
R 1
-
R x
1u
R
+-+R
c(t)
结果分析：
1) 比例环节 输出与输入信号就是在幅值上发生了个大的放大，而在相位上并没有发生变化。
与理论结果相符合。
2) 积分环节 (1/TS)与1/S 的乘积等于1/TS 2，将1/TS 2拉氏逆变换得到在时域
图2.1.3b
c t
t
的输出函数。
即为t/T这与实验图像几乎完全符合。
3）比例积分集合了比例环节和积分环节的两种图像特点图像曲线先经放大，然后再曲线倾斜。
4）比例微分与1/S的乘积为k/s+kt，在经过逆拉式变换为kt加上
一个瞬时脉冲，所以最终结果还是像比例环节。
5）典型二阶系统实验结果不够理想，可能是线连接的不够准确。
五、实验总结
通过此次实验，我们对几个典型的输入环节输出特性做了进一步了解，而且在实验过程中熟悉了相关学习软件的使用方法，通过自己动手实践对书本理论知识有了更深入的认知，另外，听过小组合作培养了小组成员间团结合作的能力，使我们受益匪浅。