自控原理实验报告--徐聪聪
自动控制原理实验报告
实验报告实验一典型系统的时域响应和稳定性分析 (3)一、实验目的 (3)二、实验原理及内容 (3)三、实验现象分析 (5)方法一：matlab程序 (5)方法二：multism仿真 (13)方法三：simulink仿真 (18)实验二线性系统的根轨迹分析 (22)一、确定图3系统的根轨迹的全部特征点和特征线，并绘出根轨迹 (22)二、根据根轨迹图分析系统的闭环稳定性 (23)三、如何通过改造根轨迹来改善系统的品质？ (26)实验三线性系统的频率响应分析 (34)一、绘制图1. 图3系统的奈氏图和伯德图 (34)二、分别根据奈氏图和伯德图分析系统的稳定性 (38)三、在图4中，任取一可使系统稳定的R值，通过实验法得到对应的伯德图，并据此导出系统的传递函数 (39)实验四、磁盘驱动器的读取控制 (42)一、实验原理 (42)二、实验内容及步骤 (42)（一）系统的阶跃响应 (42)（二) 系统动态响应、稳态误差以及扰动能力讨论 (46)1、动态响应 (47)2、稳态误差和扰动能力 (49)（三）引入速度传感器 (52)1. 未加速度传感器时系统性能分析 (52)2、加入速度传感器后的系统性能分析 (60)五、实验总结 (65)实验一 典型系统的时域响应和稳定性分析一、 实验目的1．研究二阶系统的特征参量（ξ、ωn ）对过渡过程的影响。
2．研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。
3．熟悉Routh 判据，用Routh 判据对三阶系统进行稳定性分析。
二、 实验原理及内容1．典型的二阶系统稳定性分析 (1) 结构框图：见图1图1(2) 对应的模拟电路图图2(3) 理论分析导出系统开环传递函数，开环增益01T K K 。
(4) 实验内容先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R 的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。
在此实验中(图2)，s 1T 0=， s T 2.01=，R 200K 1= R 200K =⇒系统闭环传递函数为：KS S KS S S W n n n 5552)(2222++=++=ωζωω 其中自然振荡角频率：R1010T K 1n ==ω；阻尼比：40R1025n =ω=ζ 2．典型的三阶系统稳定性分析 (1) 结构框图图3(2) 模拟电路图图4(3) 理论分析系统的开环传函为:)1S 5.0)(1S 1.0(S R 500)S (H )S (G ++=(其中R 500K =)，系统的特征方程为:0K 20S 20S 12S 0)S (H )S (G 123=+++⇒=+。
自动控制原理实验报告
《自动控制原理实验》实验报告班级：自动化0901姓名：***学号：*********东华大学信息学院实验一 MATLAB 中数学模型的表示MP2.1考虑两个多项式2()21p s s s =++ ，()1q s s =+使用 MATLAB 计算下列各式：程序： （a ）>> A=[1 2 1];B=[1 1]; >> C=conv(A,B)运行结果: C =1 3 3 1 (b)>> num=[1 1]; >> den=[1 2 1]; >> z=roots(num); >> p=roots(den); >> z,p运行结果: z =-1 p =-1 -1 (c)>> value=polyval(p,-1) 运行结果: value = 0程序：(a)>> num1=[1];num2=[1 2];den1=[1 1];den2=[1 3];[num,den]=series(num1,den1,num2,den2);[num,den]=cloop(num,den,-1);printsys(num,den)运行结果:num/den =s + 2----------------s^2 + 5 s + 5(b)step(num,den)运行结果:(a)>> num1=[1]; den1=[1 1];num2=[1]; den2=[1 0 2];[num3,den3]=series(num1,den1,num2,den2);num4=[4 2]; den4=[1 2 1];[num5,den5]=feedback(num3,den3,num4,den4,-1);num6=[1]; den6=[1 0 0];num7=[50]; den7=[1];[num8,den8]=feedback(num6,den6,num7,den7,1);[num9,den9]=series(num5,den5,num8,den8);num10=[1 0 2]; den10=[1 0 0 14];[num11,den11]=feedback(num9,den9,num10,den10,-1);num12=[4]; den12=[1];[num13,den13]=series(num11,den11,num12,den12)F=tf(num13,den13)运行结果:Transfer function:4 s^5 + 8 s^4 + 4 s^3 + 56 s^2 + 112 s + 56 ----------------------------------------------------------------------------------------------------s^10 + 3 s^9 - 45 s^8 - 129 s^7 - 198 s^6 - 976 s^5 - 2501 s^4 - 3558 s^3 - 4841 s^2 - 6996 s – 2798(b)[p,z]=pzmap(num13,den13); pzmap(num13,den13);grid on运行结果:p =7.0710-7.07101.2047 +2.0871i1.2047 -2.0871i0.2984 + 1.4750i0.2984 - 1.4750i-2.4108-1.5219 + 0.9395i-1.5219 - 0.9395i-0.5517>> zz =1.2051 +2.0872i1.2051 -2.0872i-2.4101-1.0000 + 0.0000i-1.0000 - 0.0000i(c)>> Z=roots(num13)Z =1.2051 +2.0872i1.2051 -2.0872i-2.4101-1.0000 + 0.0000i-1.0000 - 0.0000i>> P=roots(den13)P =7.0710-7.07101.2047 +2.0871i1.2047 -2.0871i0.2984 + 1.4750i0.2984 - 1.4750i-2.4108-1.5219 + 0.9395i-1.5219 - 0.9395i-0.5517绘制系统的单位阶跃响应，参数Z=3,6和12。
自动控制原理实验报告
实验课程名称 实验项目名称实验报告内容包含：实验目的、实验仪器、实验原理，实验内容、实验步骤、实验数据整理 与归纳（数据、图表、计算等）、实验结果分析、实验思考题、实验心得。
【实验目的】1、 会用PID 法设计球杆系统控制器;2、 设计并验证校正环节；【实验仪器】1、 球杆系统；2、 计算机，Matlab 平台；【实验原理】1、PID 简介PID 的控制算法有很多，不同的算法各有其针对性。
图 2.2.1，图2.2.2，图2.2.3给 出了三种不同的算法。
在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是 PID 控制。
模拟PID控制系统原理框图如图3.2.1所示。
学生实验报告自动控制原理 实验二PID 校正系统由模拟PID 控制器和被控对象组成技世列口理N 慕笛甩用扭用期 m 雀莎先行pm 控制也尉mK 2JJ 蚀 HD (MUMPID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值 rt 与实际输出值yt 构成控制偏差etet 二rt -y t ( 2.2.1)将偏差的比例P 、积分I 和微分D 通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制, 故称PID 控制器。
其控制规律为或写成传递函数的形式=K p 1+丄 +T D S (2.2.3)I T i S 丿式中：K p ——比例系数；T |——积分时间常数；T D ——微分时间常数 在控制系统设计和仿真中，也将传递函数写成式中：K P ——比例系数；K |——积分系数；K D ——微分系数。
上式从根轨迹角度看， 相当于给系统增加了一个位于原点的极点和两个位置可变的零点。
简单说来，PID 控制器各校正环节的作用如下：A 、 比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号 et ，偏差一旦产生，控制器立即产生 控制作用，以减少偏差。
B 、 积分环节：主要用于消除稳态误差，提高系统的型别。
积分作用的强弱取决于积分时间常数T |，T |越大，积分作用越弱，反之则越强。
C 、 微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。
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。
自动控制原理实验报告
《自动控制原理》实验报告姓名：学号：专业：班级：时段：成绩：工学院自动化系实验一 典型环节的MATLAB 仿真一、实验目的1．熟悉MATLAB 桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。
2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。
3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验原理1．比例环节的传递函数为K R K R R RZ Z sG 200,1002)(211212==-=-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-3所示。
三、实验内容按下列各典型环节的传递函数，建立相应的SIMULINK 仿真模型，观察并记录其单位阶跃响应波形。
① 比例环节1)(1=s G 和2)(1=s G ；② 惯性环节11)(1+=s s G 和15.01)(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节s s G =)(1⑤ 比例+微分环节（PD ）2)(1+=s s G 和1)(2+=s s G ⑥ 比例+积分环节（PI ）s s G 11)(1+=和s s G 211)(2+=四、实验结果及分析① 仿真模型及波形图1)(1=s G 和2)(1=s G图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形② 仿真模型及波形图11)(1+=s s G 和15.01)(2+=s s G 11)(1+=s s G 15.01)(2+=s s G③ 积分环节ss G 1)(1=④ 微分环节⑤ 比例+微分环节（PD ）⑥比例+积分环节（PI）五、分析及心得体会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、基础知识及MATLAB 函数（一）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。
《自动控制原理》实验报告讲述
《自动控制原理》实验报告姓名：学号：班级：11电气1班专业：电气工程及其自动化学院：电气与信息工程学院2013年12月目录实验一、典型环节的模拟研究实验二、二阶系统的阶跃响应分析实验三、线性系统的稳态误差分析实验四、线性系统的频率响应分析实验一典型环节的模拟研究1.1 实验目的1、熟悉并掌握TD-ACS设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。
2、熟悉各种典型环节的理想阶跃曲线和实际阶跃响应曲线。
3、了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
1.2 实验设备PC机一台，TD-ACS实验系统一套。
1.3 实验原理及内容下面列出各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。
1. 比例环节(P)(1) 方框图：如图1.1-1 所示。
图1.1-1(2) 传递函数：Uo(S)/Ui(S)=K(3) 阶跃响应：Uo(t)=K(t≥0)其中K=R1/R0(4) 模拟电路图：图1.1-2注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100K 的电阻，实验中不需要再接。
以后的实验中用到的运放也如此。
(5) 理想与实际阶跃响应对照曲线：①取R0 = 200K；R1 = 100K。
理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线2．积分环节(I)(1) 方框图：如右图1.1-3 所示。
图1.1-3(2) 传递函数：错误!未找到引用源。
(3) 阶跃响应：Uo(t) = 错误!未找到引用源。
(t 0) 其中T=R0C(4) 模拟电路图：如图1.1-4 所示。
图1.1-4(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0 = 200K；C = 1uF。
3．比例积分环节(PI)(1)方框图：如图1.1-5 所示。
图1.1-5(2) 传递函数：错误!未找到引用源。
(3)阶跃响应：Uo(t)=K+t/T(t) (t 0) 其中K=Ri/Ro; T=RoC(4) 模拟电路图：见图1.1-6图1.1-6(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照：①取R0 = R1 = 200K；C = 1uF。
自控制原理实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解自控制原理的基本概念和基本方法。
2. 掌握典型控制系统的组成和基本工作原理。
3. 学习使用实验仪器，进行控制系统模拟实验。
4. 分析和评估控制系统的性能指标，提高对控制系统设计和优化的认识。
二、实验仪器与设备1. EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台2. 计算机一台3. 万用表一个三、实验原理1. 自控制原理基本概念：自控制原理是研究如何利用反馈信息来控制系统的行为，使其达到预定的目标。
其基本原理是：通过将系统的输出信号反馈到输入端，与输入信号进行比较，产生误差信号，然后根据误差信号调整系统的控制策略，以达到控制目标。
2. 典型控制系统组成：典型控制系统通常由控制器、被控对象、反馈环节和执行机构组成。
3. 控制系统模拟实验：利用实验箱和计算机，通过模拟电路搭建典型控制系统，进行实验研究。
四、实验内容1. 实验一：典型环节及其阶跃响应- 实验目的：掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法，掌握控制系统时域性能指标的测量方法。
- 实验步骤：1. 搭建一阶系统的模拟电路。
2. 通过计算机等测量仪器，测量系统的输出，得到系统的动态响应曲线及性能指标。
3. 改变系统的参数，分析参数对系统性能的影响。
2. 实验二：二阶系统阶跃响应- 实验目的：了解二阶系统的阶跃响应特性，掌握二阶系统的性能指标。
- 实验步骤：1. 搭建二阶系统的模拟电路。
2. 通过计算机等测量仪器，测量系统的输出，得到系统的阶跃响应曲线及性能指标。
3. 分析二阶系统的性能指标，如上升时间、超调量、调节时间等。
3. 实验三：连续系统串联校正- 实验目的：学习连续系统串联校正方法，提高控制系统的性能。
- 实验步骤：1. 搭建连续系统的模拟电路。
2. 分析系统的性能指标，确定校正方法。
3. 通过计算机等测量仪器，测量校正后的系统输出，评估校正效果。
五、实验结果与分析1. 实验一：通过搭建一阶系统的模拟电路，测量系统的输出，得到系统的动态响应曲线及性能指标。
自动控制原理实验报告资料
自动控制原理及其应用实验报告2015年 12 月实验一控制系统典型环节的模拟实验一、实验目的1．掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。
2．测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。
二、实验内容1．对表一所示各典型环节的传递函数设计相应的模拟电路(参见表二) 表一：典型环节的方块图及传递函数2．测试各典型环节在单位阶跃信号作用下的输出响应。
3．改变各典型环节的相关参数，观测对输出响应的影响。
三、实验内容及步骤（一）说明部分1、当信号发生器单元U1的ST端与+5V端用“短路块”短接时，通用单元中的场效应管处于开路状态，这时通用单元运放处于工作状态。
当信号发生器单元U1的ST端与S端用“短路块”短接时，通用单元中的场效应管处于短路状态，可以使电容器放电，让电容器两端的初始电压为0V。
2、交直流数字电压表: U16单元的交直流数字电压表相当于两只表，红色琴键开关弹起时，做直流数字电压表用，当红色琴键开关按下时,做交流数字毫伏表用。
测量范围0～20V，分200mV、2V、20V三档，由互锁开关切换。
3、阶跃信号的产生：电路可采用图1-1所示电路连接，它由“阶跃信号单元”（U3）及“给定单元”（U4）组成。
具体线路形成：在U3单元中，将H1与+5V端用1号实验导线连接，H2端用1号实验导线接至U4单元的X端；在U4单元中，将Z端和GND端用1号实验导线连接，最后由插座的Y端引出输出信号。
实验中需要阶跃信号时，按照图1-1连线，按下U3单元的按键SP不放开，调节U4单元W41电位器，同时用U16单元的直流数字电压表检测U4单元Y端输出电压的大小(U4单元Y端接至交直流数字电压表的左边的接线柱, 交直流数字电压表的右边的接线柱接通用单元的GND 端)，直到输出1V单位阶跃信号时放开。
注：以后实验中再用到ST短路帽放置位置、阶跃信号产生时，操作方法参上。
（二）观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的单位阶跃响应曲线。
自动控制原理实验报告(四)
自动控制原理实验报告(4)时间：2013年6月 日 地点： 实验人（签名）： 同组人：实验结果确认及设备验收（签名）：2013年6月 日1 实验名称：线性系统的频域分析 1) 一阶惯性环节的频率特性曲线 2) 二阶开环系统的频率特性曲线2 实验目的：1) 了解和掌握一阶惯性环节的对数幅频特性)(ωL 和相频特性)(ωϕ，实频特性)Re(ω和虚频特性)Im(ω的计算。
2) 了解和掌握一阶惯性环节的转折频率ω的计算，及惯性时间常数对转折频率的影响。
3) 了解和掌握对数幅频曲线和相频曲线（波德图）、幅相曲线（奈奎斯特图）的构造及绘制方法。
4) 研究表征系统稳定程度的相位裕度γ和幅值穿越频率cω对系统的影响。
5) 了解和掌握欠阻尼二阶开环系统中的相位裕度γ和幅值穿越频率cω的计算。
6) 观察和分析欠阻尼二阶开环系统波德图中的相位裕度γ和幅值穿越频率ωc与计算值作比对。
3 实验内容：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/1ω=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/ω=T1rad.0/1=二阶开环系统的频率特性曲线频率特性测试电路如图3-2-2所示，其中惯性环节（A3单元）的R用元件库A11中可变电阻取代。
1．被测系统模拟电路图的构成如图3-2-2所示（同二阶闭环系统频率特性测试构成），测试ω、相位裕度γ。
其幅值穿越频率c2．改变被测系统的各项电路参数，画出其系统模拟电路图，及开环频率特性曲线，並计算ω、相位裕度γ，填入实验报告。
和测量其幅值穿越频率c4 实验步骤：1)根据原理图构造实验电路，检查完好后开电源开始实验。
2)观察和测量输入和输出波形图。
3)将所测得的数据填入实验数据表中。
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告 The document was finally revised on 2021自动控制原理实验报告实验一、典型环节的时域响应一．实验目的1.熟悉并掌握TD-ACC+（TD-ACS）设备的使用方法及各典型环节模拟控制电路的构成方法。
2.熟悉各种典型环节的理想阶跃曲线和实际阶跃响应曲线。
对比差异、分析原因。
3.了解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+（TD-ACS）实验系统一套。
三．实验内容1.比例环节2.积分环节3.比例积分环节4.惯性环节5.比例微分环节6.比例积分微分环节四、实验感想在本次实验后，我了解了典型环节的时域响应方面的知识，并且通过实践，实现了时域响应相关的操作，感受到了实验成功的喜悦。
实验二、线性系统的矫正一、目的要求1．掌握系统校正的方法，重点了解串联校正。
2．根据期望的时域性能指标推导出二阶系统的串联校正环节的传递函数二、仪器设备PC 机一台，TD-ACC+(或 TD-ACS)教学实验系统一套。
三、原理简述所谓校正就是指在使系统特性发生变接方式，可分为：馈回路之内采用的测点之后和放1．原系统的结构框图及性能指标对应的模拟电路图2．期望校正后系统的性能指标3．串联校正环节的理论推导四、实验现象分析校正前：校正后：校正前：校正后：六、实验心得次实验让我进一步熟悉了TD-ACC+实验系统的使用，进一步学习了虚拟仪器，更加深入地学习了自动控制原理，更加牢固地掌握了相关理论知识，激发了我理论学习的兴趣。
实验三、线性系统的频率响应分析一、实验目的1．掌握波特图的绘制方法及由波特图来确定系统开环传函。
2．掌握实验方法测量系统的波特图。
二、实验设备PC机一台，TD-ACC+系列教学实验系统一套。
三、实验原理及内容（一）实验原理1．频率特性当输入正弦信号时，线性系统的稳态响应具有随频率(ω由0变至∞)而变化的特性。
频率响应法的基本思想是：尽管控制系统的输入信号不是正弦函数，而是其它形式的周期函数或非周期函数，但是，实际上的周期信号，都能满足狄利克莱条件，可以用富氏级数展开为各种谐波分量；而非周期信号也可以使用富氏积分表示为连续的频谱函数。
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。
自动控制原理实验报告-控制系统设计1.0
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一.选题背景
说明为何选择此被控对象，这种控制系统当前（未来，历史上）有哪些应 用，控制器的设计要求； 四分之一汽车模型和二分之一汽车模型。在设计初期或者在做模型研究的 时候，往往采取这种形式。这种模型一般用来分析汽车最基本的频率和振型特 征，也可以用作其他用途，如研究汽车动力特性。概念设计阶段，在知道了汽 车最基本参数之后，就可以迅速计算出整车的振动特性。应用软件有 matlab 等。 悬架是汽车的车架与车桥（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称，其 作用是传递作用车轮和车架之间的力矩，缓冲由路面传给车架或车身的冲击， 并衰减由此引起的振动，以保证汽车能平顺的行驶。悬架是汽车系统中的一个 重要组成部分，影响着骑车的行驶的平顺性和操纵稳定性等性能，是现在轿车 的关键部件之一。悬架系统包括弹性元件、减振和传力装置等三部分，这三部 分分别起缓冲、减振和力传递作用，个别结构还有缓冲块、横向稳定杆等，下 图为一个独立式被动悬架结构图。
由图可得超调量： 48.4% ，峰值： 1.48 ，上升时间： 0.113S ，调节时间： 1.53S。 Nyquist 图：
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由于系统无有半平面的开环极点，从图中可以看出 Nyquist 图没有包围 (-1,j0)这一点，说明系统是稳定的。 Bode 图：
相角裕度γ =74.5º、幅值裕度 h=38dB，相应的截止频率������������ = 12.6������������������/������、 穿越频率������������ = 224������������������ /������,
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五、仿真
(一) 四分之一车模型 用 MATLAB 的 simulink 模拟传递函数：
化简后得到的图： 左侧为路面情况模拟
自控原理实验报告(2)
红河学院工学院实验报告单图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK图形
按钮，即可进入如图
图1-1 SIMULINK仿真界面
以图1-2所示的系统为例，说明基本设计步骤如下：
）运行并观察响应曲线。
用鼠标单击工具栏中的“
b 1)(2+=s s G
B s s G 21
1)(+=
红河学院工学院实验报告单
三、实验内容和步骤：
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
4)(4+=s s s s G 图2-3 二阶系统的单位脉冲响应
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四、实验内容和步骤：
1．请绘制下面系统的根轨迹曲线)(=
K
s G
（a ）根轨迹图形 （b ）K=1时的阶跃响应曲线
图3-2 系统的根轨迹和阶跃响应曲线
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[mag,phase,w]=bode(num,den,w)
图4-2(a) 幅值和相角范围自动确定的Bode图图4-2(b) 指定幅值和相角范围的Bode
num=[0 0 0 10]; den=[5 24 -5 0 0]; w=logspace(-2,3,100); bode(num,den,w)
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自控原理实验报告
电子科技大学自动化工程学院标准实验报告（实验）课程名称：自控原理基础实验MATLAB上机实验姓名：薛川东学号：2014070910020指导老师：任文伟电子科技大学实验报告学生姓名：徐聪聪学号：2013070908017 指导教师：任文伟一、实验室名称：C2-509二、实验项目名称：MATLAB的基本使用方法及程序设计三、实验学时：2学时四、实验原理：MATLAB基本命令的使用及其编程的基本方法，向量的表示与计算，学会使用help命令。
五、实验目的：1.掌握MATLAB软件使用的基本方法；2.熟悉MATLAB的数据表示，基本运算和程序控制语句；3.熟悉MATLAB绘图命令及基本绘图控制；4.熟悉MATLAB程序设计的基本方法。
六、实验器材：计算机七、实验内容：实验习题一分别用 >, 和~= 求得a=[5:1:15] 与 b=[1 2 8 8 7 10 12 11 13 14 15]的比较, 并对结果进行分析.程序如下：a=[5:1:15];b=[1 2 8 8 7 10 12 11 13 14 15];y1=a>b,y2=a~=b结果：y1 =1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0y2 =1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0实验习题二（1）绘制余弦曲线y=cos(t)，t∈[0，2π]（2）在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5)， t∈[0，2π]程序:t=[0:0.01:2*pi];y=cos(t);y1=cos(t-0.25); y2=sin(t-0.5);figure,plot(t,y,'b'),grid gtext('y=cos(t)')figure,plot(t,y1,'r',t,y2,'b'),grid gtext('y1=cos(t-0.25)') gtext('y2=sin(t-0.5)')1234567-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.811234567-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81实验习题三绘制[0，4π]区间上的x1=10sint 曲线，并要求： （1）颜色为红色、数据点标记为加号；（2）坐标轴控制：显示范围、刻度线、比例、网络线 （3）标注控制：坐标轴名称、标题、相应文本； 程序:t=[0:0.1:4*pi] x1=10*sin(t);plot(t,x1,'r+'),grid title('x1=10*sin(t)') xlabel('t') ylabel('x1')x1=10*sin(t)tx 1实验习题四 x=[0 1;1 0]; y=[0 0;1 0];计算 x&y+x>y 时, 程序首先执行x+y 运算, 然后将相加结果与y 比较, 最后将比较结果和x 作与运算. 用diary 命令将其过程保存下来。
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电子科技大学自动化工程学院标准实验报告（实验）课程名称：自控原理基础实验MATLAB上机实验姓名：学号：指导老师：任电子科技大学实验报告学生姓名：徐聪聪学号：2013070908017指导教师：任文伟一、实验室名称：C2-509二、实验项目名称：MATLAB的基本使用方法及程序设计三、实验学时：2学时四、实验原理：MATLAB基本命令的使用及其编程的基本方法，向量的表示与计算，学会使用help命令。
五、实验目的：1.掌握MATLAB软件使用的基本方法；2.熟悉MATLAB的数据表示，基本运算和程序控制语句；3.熟悉MATLAB绘图命令及基本绘图控制；4.熟悉MATLAB程序设计的基本方法。
六、实验器材：计算机七、实验内容：实验习题一分别用>, 和~= 求得a=[5:1:15] 与b=[1 2 8 8 7 10 12 11 13 14 15]的比较,并对结果进行分析.程序如下：a=[5:1:15];b=[1 2 8 8 7 10 12 11 13 14 15];y1=a>b,y2=a~=b结果：y1 =1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0y2 =1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0实验习题二（1）绘制余弦曲线y=cos(t)，t∈[0，2π]（2）在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5)，t∈[0，2π]程序:t=[0:0.01:2*pi];y=cos(t);y1=cos(t-0.25);y2=sin(t-0.5);figure,plot(t,y,'b'),grid gtext('y=cos(t)')figure,plot(t,y1,'r',t,y2,'b'),grid gtext('y1=cos(t-0.25)') gtext('y2=sin(t-0.5)')1234567-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.811234567-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81实验习题三绘制[0，4π]区间上的x1=10sint 曲线，并要求： （1）颜色为红色、数据点标记为加号；（2）坐标轴控制：显示范围、刻度线、比例、网络线 （3）标注控制：坐标轴名称、标题、相应文本； 程序:t=[0:0.1:4*pi] x1=10*sin(t); plot(t,x1,'r+'),grid title('x1=10*sin(t)') xlabel('t') ylabel('x1')x1=10*sin(t)tx 1实验习题四 x=[0 1;1 0]; y=[0 0;1 0];计算x&y+x>y 时,程序首先执行x+y 运算,然后将相加结果与y 比较,最后将比较结果和x 作与运算.用diary 命令将其过程保存下来。
程序：diary 1.4.1.txt x=[0 1;1 0]; y=[0 0;1 0]; x&y+x>y diary off 结果：八、实验结论：1.从习题一结果可以看出，MATLAB 在对同维向量比较时，是各元素分别进行比较，并用“1”和“0”分别表示真和假。
2.从习题四结果看出：算术运算>关系比较>逻辑运算。
九、总结及心得体会：通过学习掌握了MATLAB软件使用的基本方法，数据表示，基本运算和程序控制语句，熟悉了MATLAB绘图命令及基本绘图控制及程序设计的基本方法。
报告评分：指导教师签字：实验报告学生姓名：薛川东学号：2014070910020指导教师：任文伟一、实验室名称：C2-509二、实验项目名称：MATLAB系统模型建立和动态特性分析实验三、实验学时：4学时四、实验原理：应用MATLAB命令对控制系统进行建模，动态特性分析及相关方面知识的运用。
1.对控制系统进行建模，并进行模型转换和系统的串并联反馈等运算；2.运用step,impulse等命令分别对系统单位阶跃响应和阶跃响应的动态特性进行分析。
五、实验目的：1．掌握如何使用MALAB进行系统模型的建立；2．学习利用MALAB命令得阶跃响应曲线，分析系统动态特性；3．利用MALAB求阶跃响应的性能指标。
六、实验器材（设备、元器件）：计算机七、实验内容：实验习题一已知系统传递函数为：221()0.41s G s s s +=++ 求上述传递函数的零极点增益和状态空间的表达形式。
程序： num=[2 1]; den=[1 0.4 1]; sys=tf(num, den) [z,p,k]=tf2zp(num, den) sys=tf2ss(num, den)运行结果：Transfer function: 2 s + 1 --------------- s^2 + 0.4 s + 1 z =-0.5000 p =-0.2000 + 0.9798i -0.2000 - 0.9798i k =2 A =-0.4000 -1.00001.0000 0实验习题二 已知传递函数为：216()616G s s s =++ 求其单位阶跃响应的最大值，峰值时间和它对应的超调量，上升时间。
程序：G=tf([16],[1 6 16]);%计算最大峰值时间和它对应的超调量。
C=dcgain(G) [y,t]=step(G); plot(t,y) grid[Y,k]=max(y);Output_max=Ytimetopeak=t(k) percentovershoot=100*(Y-C)/C%计算上升时间。
n=1;while y(n)<Cn=n+1;endrisetime=t(n)%计算稳态响应时间。
i=length(t);while(y(i)>0.98*C)&(y(i)<1.02*C) i=i-1;endsetllingtime=t(i)结果：C = 1Output_max = 1.0284timetopeak = 1.1820percentovershoot = 2.8369risetime = 0.9202setllingtime = 1.427600.51 1.52 2.500.20.40.60.811.21.4八、实验结论：1. MATLAB 命令能十分方便的对控制系统进行建模，并进行模型转换和系统的串并联反馈等运算。
2. 通过运用MATLAB 命令编程能准确、直观、快速的得到系统单位阶跃响应和阶跃响应的动态特性。
九、总结及心得体会：掌握了如何使用MALAB进行系统模型的建立，学会利用MALAB 命令得阶跃响应曲线，分析系统动态特性，及求阶跃响应的性能指标。
报告评分：指导教师签字：实验报告学生姓名：薛川东学号：2014070910020指导教师：任文伟一、实验室名称：C2-509二、实验项目名称：MATLAB系统根轨迹和频域分析实验三、实验学时：4学时四、实验原理：应用MATLAB命令绘制线性系统的根轨迹、Bode图和Nyquist 图，并通过其掌握分析系统特性方面的知识。
1.运用MATLAB命令求特征多项式的根和传递函数的零极点，分析系统稳定性；2.运用rlocus, bode, nyquist等MATLAB命令分别绘制线性系统的根轨迹、Bode 图和Nyquist 图；3. 运用rlofind, margin 等MATLAB 命令分析系统性能。
五、实验目的：1．学习使用MATLAB 求特征多项式的根，分析系统稳定性；2．学习使用MATLAB 由传递函数求零点和极点；3．学习使用MATLAB 绘制根轨迹；4．掌握由根轨迹分析系统性能的方法；5．学习使用MATLAB 绘制Bode 图和Nyquist 图；6．掌握使用Bode 图和Nyquist 图分析系统性能的方法。
六、实验器材（设备、元器件）：七、实验内容：实验习题一已知系统如下322()32k G s s s s=++ 绘制其根轨迹，并根据根轨迹图求若要使系统稳定，k 的最大值。
代码：n=[2];d=[1 3 2 0];rlocus(n,d)rlocfind(n,d)Root LocusReal Axis (seconds -1)I m a g i n a r y A x i s (s e c o n d s -1)Select a point in the graphics windowselected_point =0.0000 + 1.4039ians =2.9566由rlocus 命令在根轨迹上可得k ＝2.9566，此值因为是手工点击得到，故与理论求得k 最大值3有一些误差。
实验习题二bode 图法判断系统稳定性：已知两个单位负反馈系统的开环传递函数分别为：322.7()54G s s s s =++，322.7()54G s s s s=+- 用bode 图法判断系统闭环的稳定性。
程序：n1=[2.7];d1=[1 5 4 0];margin(n1,d1);figure,bode(n1,d1)n2=[2.7];d2=[1 5 -4 0];margin(n2,d2);figure,bode(n2,d2)M a g n i t u d e (d B )10-210-1100101102P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = 17.4 dB (at 2 rad/s) , Pm = 51.7 deg (at 0.578 rad/s)Frequency (rad/s)M a g n i t u d e (d B )10-210-1100101102P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = Inf , Pm = -58.1 deg (at 0.535 rad/s)Frequency (rad/s)由图知，第一个系统相角裕度和幅值裕度都为正值，所以系统稳定。
第二个系统相角裕度为负，系统不稳定。
实验习题三已知系统的开环传递函数为：)1()3()()(-+=s s s K s H s G 用Nyquist 图法判断系统相对稳定性（对参数K 分段讨论）。
n = [0.5*1 0.5*3]; %取k = 0.5时的值d = [1 -1 0];nyquist(n,d)hold on %求k = 0.5的奈氏值，显示结果，并保持n1 = [2*1 2*3]; %取k = 2d1 = d; %保留原分母矢量nyquist(n1,d1)%求k = 2时的奈氏值，结果显示-8-7-6-5-4-3-2-101-150-100-5050100150Nyquist DiagramReal Axis I m a g i n a r y A x i s结果分析：上图为K 值分别等于0.5和2的Nyquist 图，但是)(s G 在虚轴上有极点,故应该加增补奈氏曲线，如下图1所示。