2012···2014计算机控制技术实验考试范例供参考概论

计算机控制技术实验考试内容大全实验一、数字滤波实验目的：1．通过实验掌握数字滤波器设计方法。

2．学习并掌握数字滤波器的实验研究方法。

实验仪器：计算机、matlab软件、自动控制试验台实验内容：1．利用实验装置，设计和连接产生频率可变带尖脉冲干扰正弦信号的电路，并利用数据采集系统采集该电路输出信号，利用上位机的虚拟仪器功能进行测试，根据测试结果调整电路参数，使它满足实验要求；2．尖脉冲干扰信号产生的模拟电路图图1-1尖脉冲产生电路设计一个“惯性环节”的模拟电路，如图5.1.1所示，其中1RK=，T R C=，实验参数取R0＝200k，R1＝200k，C＝图2.1R2尖脉冲干扰正弦信号R1+R0-++R3R4-+5．根据信号频谱，设计并选择数字化一阶惯性滤波器的参数，编制并运行一阶惯性数字滤波程序，并观察参数变化对滤波效果的影响；6、附录1．测试信号的产生利用实验装置，产生频率可变带尖脉冲干扰正弦信号的参考电路，如图2.1所示：2．一阶惯性滤波器及其数字化一阶惯性滤波器的传递函数为：()1()()1F Y sG s X s s τ==+ 利用一阶差分法离散化，可以得到一阶惯性数字滤波算法：()()(1)(1)TTy k x k y k ττ=+--其中T 为采样周期，τ为滤波时间常数。

T 和τ必须根据信号频谱来选择。

答辩：模拟滤波和数字滤波的区别，优缺点？实验二、香农采样定理实验目的：1. 熟悉 Matlab 的使用环境，学习 Matlab 软件的使用方法和编程方法2. 学习使用 Matlab 进行各类数学变换运算的方法3. 学习使用 Matlab 建立控制系统模型的方法 实验仪器：计算机、matlab 软件、自动控制试验台 实验内容：对一个具有有限频谱的连续信号 f(t)进行连续采样，当采样频率满足 S ≥ 2 max 时，采样信号 f*(t)能无失真的复现原连续信号。

作信号 f (t ) = 5e -10t 和 f * (t ) = 5e -10kT 的曲线，比较采样前后的差异。

幅度曲线： T=0.05 t=0:T:0.5 f=5*exp(-10*t) subplot(2,1,1) plot(t,f) Grid subplot(2,1,2) stem(t,f) Grid请改变采样周期 T ，观察不同的采样周期下的采样效果。

幅频曲线： w=-50:1:50F=5./sqrt(100+w.^2)plot(w,F)Grid若|F(j max) |=0.1 |F(0) |，选择合理的采样周期T 并验加以证w=-400:20:400ws=200Ts=2*pi/wsF0=5/Ts*(1./sqrt(100+(w).^2))F1=5/Ts*(1./sqrt(100+(w-ws).^2))F2=5/Ts*(1./sqrt(100+(w+ws).^2))plot(w,F0,w,F1,w,F2)plot(w,F0,w,F1,w,F2)Grid请改变采样频率ws，观察何时出现频谱混叠？答辩：阐述香浓采样定理实验三、离散控制系统仿真一、实验目的1.学习使用Matlab的命令对控制系统进行仿真的方法2.学习使用Matlab中的Simulink工具箱进行系统仿真的方法实验仪器：计算机、matlab软件、自动控制试验台实验内容：建立如图所示二阶系统控制模型并进行系统仿真。

二阶系统闭环传递函数为G(s)=将上述系统离散化并仿真，观察仿真结果。

答辩：采样周期Ts会影响离散系统稳定性，根据控制理论，Ts越大则系统的稳定性越差（参见例4-13），从定性分析，采样周期越短，离散控制系统越接近连续系统；从定量分析，控制系统中引入采样开关和保持器相当于引入了纯时滞，因此，系统的稳定性必然变差。

纯时滞的大小等于采样周期的一半，采样周期小，引入的纯时滞小，对稳定性的影响也小。

实验四、D(s)离散化方法的研究一、实验目的1．学习并掌握数字控制器的混合仿真实验研究方法。

2．熟悉常用的从连续化途径（先按连续系统设计再离散化）设计数字控制器的方法。

.25.0lim)()(lim 100≥==-→→v s s v s Ks D s G k ;k 取1。

（2）调节时间n s w t ξ5.3= ，ξs n t w 5.3=（3）超调量%%21/ξπξσ--=e ，22)(ln /ln σπσξ+-=s=-log(0.2)/((log(0.2))^2+pi^2)^(0.5) 联立（2）、（3），求出n w ,ξ分别为0.4559,7.6771 带入公式：242412arctanξξξγ-+= ，求出r=atan(2*s/((1+4*s^4)^(0.5)-2*s^2)^(0.5))=0.8403=48°24241ξξ--=nc w w ，求出wc=7.6771/((1+4*s^4)^(0.5)-2*s^2)^(0.5)=9.3986从期望系统的开环对数幅频特性中，减去上述二阶被控对象的对数幅频特性，可以得到串联校正控制器的对数幅频特性，由此得到其传递函数（此部分参照自动控制原理实验串联校正部分）0.51()0.051s D s s +=+（4－2）201201110(9)()[()]1Ts T T e e z D z Z D s s e z-------+==- 2020()(1)10()(9)(1)T T u k e u k e k e e k --=-+-+-实验五 系统 PID 控制器设计及其参数整定一、实验目的（1） 掌握 PID 控制规律及控制器实现。

（2） 对给定系统合理地设计 PID 控制器。

（3） 掌握对给定控制系统进行 PID 控制器参数在线实验工程整定的方法。

实验仪器：计算机、matlab 软件、自动控制试验台 实验内容：Ziegler-Niehols——临界比例度法临界比例度法适用于已知对象传递函数的场合，用系统的等幅振荡曲线来整定控制器的参数。

先使系统（闭环）只受纯比例作用，将积分时间调到最大，微分时间调到最小（T d=0），而将比例增益K的值调到较小值，然后逐渐增大K值，直到系统出现等幅振荡的临界稳定状态，此时比例增益的K作为临界比例K m，等幅振荡周期为临界周期T m，临界比例度为δk= x100%。

根据表6-5 中的经验值课整定PID 控制器的参数。

表5-5 临界比例度法PID 控制器参数整定控制器类型K p T i T dP 0.5K m ∞0PI 0.45K m T m/12 0PID 0.6K m 0.5T m 0.125T m【范例5-3】已知被控对象传递函数为G(s)= ，试用临界比例度法整定PID控制器参数，绘制系统的单位响应曲线，并与反应曲线法比较。

【解】1）先求出控制对象的等幅振荡曲线，确定K m和T m。

>> k=10;z=[];p=[-1,-3,-5];Go=zpk(z,p,k);G=tf(Go);for Km=0:0.1:10000Gc=Km;syso=feedback(Gc*G,1);p=roots(syso.den{1});pr=real(p);prm=max(pr);pro=find(prm>=-0.001);n=length(pro);if n>=1breakend;endstep(syso,0:0.001:3);Km答辩：P、PI、PID 三种控制效果有何不同1）比较P、PI 和PID 三种控制器对系统的校正效果，总结它们的优缺点及应用场合。

P 控制器对系统的校正效果：Kp 越大，系统的稳态性能越好，但是不能消除静差；PI 控制器对系统的校正效果：由PI 调节器构成的滞后校正，可以保证稳态精度，却是以对快速性的限制来换取系统稳定的；PID 控制器对系统的校正效果：用PID 调节器实现的滞后—超前校正则兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但具体实现与调试要复杂一些。

Km =19.2000图5-6控制系统等副振荡曲线程序运行后可得K m=19.2，临界稳定状态的等幅振荡曲线如图5-6所示。

从图中测得两峰值之间的间隔周期即为临界周期T m=2.07-0.757=1.313s2）整定K p、T i、T d，并分析结果。

>> k=10;z=[];p=[-1,-3,-5];Go=zpk(z,p,k);G=tf(Go);Km=19.2;Tm=1.313;Kp=0.6*Km;Ti=0.5*Tm;Td=0.125*Tm;Kp,Ti,Td,s=tf('s');Gc=Kp*(1+1/(Ti*s)+Td*s);sys=feedback(Gc*G,1);step(sys)Kp =11.5200Ti =0.6565Td =0. 1641程序运行后可得到K p=11.5200，T i=0.6565，T d=0.1641PID 控制器校正后响应曲线如图5-7 所示，可测出系统动态性能参数，tr=0.302s，tp=0.793s，ts=3.51s，M p=47.1%。

图5-7 PID控制器校正后响应曲线最少拍控制系统设计一、实验目的学习使用Matlab设计最少拍控制算法二、实验器材x86 系列兼容型计算机，Matlab 软件实验内容：1. 数字PID 系统设计建立所示的数字PID系统控制模型并进行系统仿真，已知G P(s) =，采样周期T=0.1s。

10 (s+ 1)(s+ 2)2. 最少拍系统仿真建立所示的数字 PID 系统控制模型并进行系统仿真，已知G P (s ) = 10 ，采样周期 T=1s 。

s (s + 1) ⎡ 1 - e -Ts K ⎤ 3.679z -1 (1 + 0.718z -1 )广义被控对象脉冲传递函数：G (z ) = Z [G (s )] = Z ⎢ ⋅ ⎥ = ，则 ss (s + 1) (1 - z )(1 - 0.3679z ) ⎣ ⎦G(z)的零点为-0.718(单位圆内)、极点为 1(单位圆上)、0.368(单位圆内)，故 u=0，v=1，m=1。

a. 有纹波系统单位阶跃信号：根据稳定性要求，G(z)中 z=1 的极点应包含在 Φe (z)的零点中，系统针对阶跃输入进行设计，q=1，显然准确性条件中已满足了稳定性要求，于是可设Φ(z ) = z -1 0 ，根据Φ(1) = 1求得= 1 ，则Φ(z ) = z -1 ， D (z ) = 1 Φ(z ) 0.2717(1- 0.3679z -1 ) 0 = 。

1 + 0.718z -1G (z ) 1 - Φ(z )单位斜披信号：根据稳定性要求，G(z)中 z=1 的极点应包含在 Φe (z)的零点中，系统针对阶跃输入进行设计，q=2，显然准确性条件中已满足了稳定性要求，于是可设 Φ(z ) = z -1 ( 0 + 1 z-1) ，根据Φ(1) = 1 ，Φ'(1) = 0 求 得 0 = 2 ，1 = -1， 则Φ(z ) = 2z -1- z-2， 1 Φ(z ) 0.5434(1 - 0.3679z -1 )(1 - 0.5z -1 )D (z ) ==。