自动控制原理的四个实验详细指导说明
自动控制原理实验指导讲解
%100%max ⨯-=∞∞Y Y Y σ实验一 典型环节及其阶跃响应一、实验目的1. 掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。
2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。
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． 时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任实验，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。
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一[典型环节及其阶跃响应] 。
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) 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： T P 与T S ：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 S 。
四、实验内容构成下述典型一阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应： 1. 比例环节的模拟电路及其传递函数如图1-1。
自动控制原理实验指导
实验四 控制系统的稳定性判据一、实验目的熟练掌握系统的稳定性的判断方法。
二、基础知识及MATLAB 函数用MATLAB 求系统的瞬态响应时，将传递函数的分子、分母多项式的系数分别以s 的降幂排列写为两个数组num 、den 。
由于控制系统分子的阶次m 一般小于其分母的阶次n ，所以num 中的数组元素与分子多项式系数之间自右向左逐次对齐，不足部分用零补齐，缺项系数也用零补上。
1.直接求根判稳roots()控制系统稳定的充要条件是其特征方程的根均具有负实部。
因此，为了判别系统的稳定性，就要求出系统特征方程的根，并检验它们是否都具有负实部。
MATLAB 中对多项式求根的函数为roots()函数。
若求以下多项式的根24503510234++++s s s s ，则所用的MATLAB 指令为： >> roots([1,10,35,50,24])ans =-4.0000-3.0000-2.0000-1.0000特征方程的根都具有负实部，因而系统为稳定的。
2.劳斯稳定判据routh （）劳斯判据的调用格式为：[r, info]=routh(den)该函数的功能是构造系统的劳斯表。
其中，den 为系统的分母多项式系数向量，r 为返回的routh 表矩阵，info 为返回的routh 表的附加信息。
以上述多项式为例，由routh 判据判定系统的稳定性。
den=[1,10,35,50,24];[r,info]=routh(den)r=1 35 2410 50 030 24 042 0 024 0 0info=[ ]由系统返回的routh 表可以看出，其第一列没有符号的变化，系统是稳定的。
注意：routh （）不是MATLAB 中自带的功能函数，须加载routh.m 文件（自编）才能运行。
三、实验内容1．系统的特征方程式为010532234=++++s s s s ，试用两种判稳方式判别该系统的稳定性。
自动控制原理实验指导书(实验四)
实验四自动控制系统的动态校正仿真实验实验可在真实系统进行，亦可在模型上进行仿真。
真实系统需要物理环境和实验设备、仪器，按实际系统的运行模式进行实验；仿真实验是利用模型(物理的或数学的)进行系统动态特性研究的实验。
MATLAB提供的控制系统数学仿真工具包SIMULINK，提供了一般控制系统所需的模块和用户创建模块功能，允许用户用框图的形式搭建任意系统并进行仿真，是控制系统研究设计的重要手段，在控制系统的仿真中获得了广泛的应用。
一．实验目的1．了解MATLAB数学仿真工具包SIMULINK2．学习SIMULINK在自动控制系统的仿真应用3．研究串联校正对系统稳定性及过渡过程的影响二．实验内容及实验原理1．Simulink进行系统仿真方法1）安装并启动MATLAB2）启动Simulink进入仿真环境单击MATLAB Command窗口工具条上的Simulink图标，或者在MATLAB命令窗口输入simulink，即弹出图示的模块库窗口界面(Simulink Library Browser)。
该界面右边的窗口给出Simulink所有的子模块库。
每个子模块库中模块可直接用于建立系统的Simulink框图模型。
3）打开空白模型窗口用来建立系统的仿真模型MATLAB主界面中选择【File:New Model】菜单项；所打开的空白模型窗口如图所示4）将模块库的相应模块复制到该窗口，通过相应的连接可建立Simulink仿真系统结构图在Simulink模型或模块库窗口内，用鼠标左键单击所需模块图标，按住鼠标左键不放并移动鼠标至目标模型窗口指定位置，释放鼠标即完成模块拷贝，用鼠标选中模块按Del键即可删除，选取菜单Format→RotateBlock，可使模块旋转90°。
用鼠标双击指定模块图标，打开模块对话框，根据对话框栏目中提供的信息进行参数设置或修改。
例如双击模型窗口的传递函数模块，弹出图示对话框，在对话框中分别输入分子、分母多项式的系数，点击OK键，完成该模型的设置，如右下图所示：●模块的连接模块之间的连接是用连接线将一个模块的输出端与另一模块的输入端连接起来；也可用分支线把一个模块的输出端与几个模块的输入端连接起来。
自动控制原理实验实验指导书
自动控制原理实验目录实验一二阶系统阶跃响应（验证性实验） (1)实验三控制系统的稳定性分析（验证性实验） (9)实验三系统稳态误差分析（综合性实验） (15)预备实验典型环节及其阶跃响应一、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测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节传递函数。
二、实验内容搭建下述典型环节的模拟电路，并测量其阶跃响应。
1.比例(P)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-1。
2.惯性(T)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-2。
3.积分(I)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-3。
4. 比例积分(PI)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-4。
5.比例微分(PD)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-5。
6.比例积分微分(PID)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-6。
三、实验报告1.画出惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例积分微分环节的模拟电路图，用坐标纸画出所记录的各环节的阶跃响应曲线。
2.由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由模拟电路计算的结果相比较。
附1：预备实验典型环节及其阶跃响应效果参考图比例环节阶跃响应惯性环节阶跃响应积分环节阶跃响应比例积分环节阶跃响应比例微分环节阶跃响应比例积分微分环节阶跃响应附2：由模拟电路推导传递函数的参考方法1． 惯性环节令输入信号为U 1(s) 输出信号为U 2(s) 根据模电中虚短和虚断的概念列出公式：整理得进一步简化可以得到如果令R 2/R 1=K ，R 2C=T ，则系统的传递函数可写成下面的形式：()1KG s TS =-+当输入r(t)为单位脉冲函数时 则有输入U 1(s)=1输出U 2(s)=G(s)U 1(s)= 1KTS-+由拉氏反变换可得到单位脉冲响应如下：/(),0t TK k t e t T-=-≥ 当输入r(t)为单位阶跃函数时 则有输入U 1(s)=1/s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)= 11K TS s-+由拉氏反变换可得到单位阶跃响应如下：/()(1),0t T h t K e t -=--≥当输入r(t)为单位斜坡函数时 则有输入U 1(s)=21s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=2323R R C T R R =+2Cs12Cs-(s)U R10-(s)U 21R R +-=12212)Cs (Cs 1(s)U (s)U )(G R R R s +-==12212)Cs 1((s)U (s)U )(G R R R s +-==由拉氏反变换可得到单位斜坡响应如下：/()(1),0t T c t Kt KT e t -=--≥2． 比例微分环节令输入信号为U 1(s) 输出信号为U 2(s) 根据模电中虚短和虚断的概念列出公式：(s)(s)(s)(s)(s)U100-U U 0U 2=1R1R23(4)CSU R R '''---=++由前一个等式得到 ()1()2/1U s U s R R '=- 带入方程组中消去()U s '可得1()1()2/11()2/12()1134U s U s R R U s R R U s R R R CS+=--+由于14R C〈〈，则可将R4忽略，则可将两边化简得到传递函数如下： 2()23232323()(1)1()11123U s R R R R R R R R G s CS CS U s R R R R R ++==--=-++如果令K=231R R R +， T=2323R R C R R +，则系统的传递函数可写成下面的形式：()(1)G s K TS =-+当输入r(t)为单位脉冲函数时，单位脉冲响应不稳定，讨论起来无意义 当输入r(t)为单位阶跃函数时 则有输入U 1(s)=1/s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=(1)K TS S-+由拉氏反变换可得到单位阶跃响应如下：()(),0h t KT t K t δ=+≥当输入r(t)为单位斜坡函数时 则有输入U 1(s)=21s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=2(1)K TS S -+由拉氏反变换可得到单位斜坡响应如下：(),0c t Kt KT t =+≥实验一 二阶系统阶跃响应（验证性实验）一、实验目的研究二阶系统的两个重要参数阻尼比ξ和无阻尼自然频率n ω对系统动态性能的影响。
自动控制原理实验说明书(电机调速实验)
自动控制原理实验说明书实验的目的：学习掌握直流电动机速度控制的原理、方法，通过实验加深对控制理论的理解；学习掌握控制系统设计、综合的常用方法。
一、实验装置说明1)调速原理：由于电动机电枢线圈有内阻存在，当电动机负载变化时使电枢两端实际电压也产生变化，这样就使转速变化。
经过推证可以得到下面两条结论：1)当电动机负载恒定时，直流电动机转速与电枢两端电压成线性关系。
2)转速n随转矩T em的增大而降低，电动机电磁转矩与电枢电流成正比。
调节电动机电枢电压改变电动机转速：转速给定信号由一个两端接正负12V的电位器构成。
通过调节电位器滑动端位置改变加到电动机电枢两端的电压值，从而达到控制电动机转速的目的。
定义电动机顺时针转动为正转，逆时针转动为反转。
实验时，改变电位器滑动端的位置，可以控制电动机正反转及转速。
电位器滑动端输出正电压时使电动机正转，输出负电压时使电动机反转。
电动机负载变动对电动机转速影响：实验时，通过给惯性盘加摩擦力改变电动机负载，如调速性不好电动机转速随负载变化有明显变化。
实验时注意观察负载电流（电流取样电阻上的电压）及转速（测速发电机输出）变化。
2)实验装置图一机械装置示意图为了实验方便，实验装置由两部分组成：一个是机械装置，用于固直流电动机、测速发电机以及惯性盘部件，其直观图如图一所示。
另一个是功率模块，它与外部电路的接口电流取样由电源输入端子和信号输入输出端子组成。
其原理图如图二所示。
其中J1为功率模块电源输入端子，J2为信号输入输出端子，J4为功率输出到电动机的端子。
模块中的电阻R1为电流取样电阻，在按电流补偿开环控制实验时用到。
功率驱动模块固定在机械装置的底座上。
图二电机功率驱动电路原理二、开环实验TDA2030A是功率放大器，其输出能够直接驱动直流电动机。
开环增益通过运算放大器LM347构成的反相放大器进行调节。
1)2)3)4)三、直流电动机转速开环按扰动补偿控制实验1、原理：通过电动机负载电流取样电阻获得电动机电枢电流信号。
自动控制原理实验说明书
概 述北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院自动控制与测试教学实验中心是国家211工程建设项目、校级实验教学示范中心，其中的自动控制理论教学实验室面向全校开放，承担全校自动控制原理的本科生实验课教学。
本实验说明书所涉及的自动控制原理实验采取半实物仿真方式实现。
半实物仿真一般是把数学模型、实体模型和系统的实际设备联系在一起进行运行，组成仿真系统。
而在对此系统进行仿真时，因有实物介入仿真回路，要求仿真是实时进行的，仿真机必须在与真实系统同步的条件下，获取动态的输入信号，并实时地产生动态的输出响应。
半实物仿真已经成为国防、工程领域内一种应用广泛的仿真技术，从某种程度上讲半实物仿真技术已经成为其整体科学技术水平的体现和代表。
半实物仿真技术在一般的工业控制中更为常见，其控制器可以由计算机实现，将控制对象作为实物直接放置在仿真回路中，构造起半实物仿真系统。
实验系统硬件部分包括计算机、数据采集板和电子模拟机。
电子模拟机用来实现系统模型（实物部分），数据采集板用来完成数字量及模拟量的转换以及信号的产生和数据的采集和处理，计算机用来实现综合的实验软件管理以及算法。
实验系统软件部分借助MATLAB软件实现，包括信号源的产生、数据的采集、控制算法和系统模型。
自动控制教学实验中心自行开发了PCI数据采集板在MATLAB下的驱动程序，可实现在MATLAB下实时的数据输出和采集，该驱动程序是整个实验系统的核心。
基于半实物仿真技术的自动控制原理实验，倡导的是自主性和研究性的实验方法，实验分为基本实验内容和研究性实验内容两种。
基本实验内容可以完成设定的实验包括：典型环节实验、频率特性测试、控制系统串联校正、PID控制器、状态反馈与观测器、采样系统研究实验、非线性环节实验等多种控制理论实验。
研究性实验则非常灵活，借助硬件驱动可实现基本的数据的输入输出，MATLAB可实现控制算法和系统模型的构建，两者的结合可实现任何的实验系统，达到实验者进行相应控制理论研究的目的。
自动控制原理-实验指导
实验一 典型环节的时域响应一、 实验目的1．掌握各典型环节模拟电路的构成方法，掌握TD －ACC 设备的使用方法。
2．熟悉各种典型环节的理想阶跃响应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。
二、 实验设备PC 机一台，TD-ACC 系列教学实验系统一套。
三、 实验原理及内容下面列出了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：图1－1 (2) 传递函数：K )S (Ui )S (Uo = (3) 阶跃响应：Uo(t) = K ( t ≥0 ) 其中K = R 1 / R 0 (4) 模拟电路图：图1－2(5) 理想与实际阶跃响应对照曲线 ① 取R0 = 200K ；R1 = 100K 。
② 取R0 = 200K ；R1 = 200K 。
2．积分环节（I ） (1) 方框图：图1－3(2) 传递函数：TS1)S (Ui )S (Uo =(3) 阶跃响应：t T1)t (Uo =( t ≥0 ) 其中T = R 0C (4) 模拟电路图：图1－4(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照 ① 取R0 = 200K ；C = 1uF 。
② 取R0 = 200K ；C = 2uF 。
3．比例积分环节（PI ） (1) 方框图：图1－5(2) 传递函数：TS1K )S (Ui )S (Uo +=(3) 阶跃响应：t T1K )t (Uo += ( t ≥0 ) 其中K = R 1/R 0 ；T = R 0C (4) 模拟电路图：见图 1.1－6 图1－6(5) 理想与实际阶跃响应曲线对照 ① 取R0 = R1 = 200K ；C = 1uF 。
② 取R0=R1=200K ；C=2uF 。
4．惯性环节（T ） (1) 方框图：图1－7(2) 传递函数：1TS K)S (Ui )S (Uo +=。
(3) 模拟电路图：见图1.1－8图1－8(4) 阶跃响应：)e1(K )t (Uo Tt--=，其中01R R K =；C R T 1=。
《自动控制原理》实验指导书
《自动控制原理》实验指导书31000字实验一、开关量控制与监测实验目的：掌握开关量控制与监测的基本原理及方法。
实验器材：PC机、PLC编程软件、PLC编程器、PLC实验箱、直流电源、继电器、开关。
实验内容：1. 使用PLC编程软件进行PLC的程序编写。
2. 使用直流电源作为控制电源，将继电器与开关连接，利用PLC实现开关量控制和监测。
实验步骤：1. 利用PLC编程软件进行PLC的程序编写。
2. 将直流电源的正极与继电器的常闭端相连，继电器的常开端与开关相连。
3. 将开关的另一端与PLC的输入端相连，PLC的输出端与继电器的控制端相连。
4. 将直流电源的负极与PLC实验箱的接地端相连。
5. 将PLC编程器连接到PC机上，将编写好的程序下载到PLC实验箱中。
6. 按下开关，观察继电器的输出，检查程序的正确性。
实验结果：1. 开关按下，PLC输出信号，继电器吸合。
2. 开关松开，PLC输出信号，继电器断开。
实验二、模拟量采集和控制实验目的：掌握模拟量采集和控制的基本原理及方法。
实验器材：PC机、PLC编程软件、PLC编程器、PLC实验箱、直流电源、电位器、LED灯。
实验内容：1. 使用PLC编程软件进行PLC的程序编写。
2. 使用电位器作为模拟量输入信号源，利用PLC采集电位器的模拟量信号，并控制LED灯的亮度。
实验步骤：1. 利用PLC编程软件进行PLC的程序编写。
2. 将电位器的信号通过模拟量转换模块输入到PLC的模拟量输入端。
3. 利用PLC的模拟量比较指令，将电位器的模拟量信号转换成数字量信号。
4. 根据数字量输出信号的状态，控制LED灯的亮度。
5. 将直流电源的负极与PLC实验箱的接地端相连。
6. 将PLC编程器连接到PC机上，将编写好的程序下载到PLC实验箱中。
7. 调节电位器，观察LED灯的亮度变化。
实验结果：1. 电位器调整时，模拟量输入信号发生变化。
2. 根据模拟量输入信号的大小，PLC输出数字量信号，控制LED灯的亮度。
实验 自动控制原理实验指导书
自动控制原理实验指导书吴鹏松编班级学号姓名2012 年 3 月前言自动控制原理实验是自动化类学科的重要理论课程实验。
本科自动控制原理分为经典控制理论和现代控制理论基础两部分，自动控制原理实验主要是针对经典控制理论的实验，采用的运算电路来进行的。
现代控制理论实验由于模型比较复杂，采用MATLAB软件进行数字仿真实验。
离散控制系统实验与计算机控制系统实验是有很大区别的，不能简单的认为在自动控制原理实验箱上就能进行计算机控制系统实验。
自动控制原理实验预习时需要对电路图进行理论分析和综合，可以借助MATLAB软件进行辅助分析和综合。
自动控制原理实验指导书不包括实验箱和实验软件的使用说明，相关的内容参考实验软件LABACT软件中的帮助文件。
由于作者水平有限，书中错误之处在所难免，恳请广大师生及读者提出宝贵意见及建议。
编者目录实验一典型环节的模拟研究实验二二阶系统特征参数对系统性能的影响实验三典型系统的动态特性与稳定性测试实验四开环增益与零极点对系统性能的影响实验五典型系统的频率特性测试实验六线性系统的串联校正实验七A/D与D/A 转换及零界阶保持器实验八离散控制系统动态性能和稳定性的混合仿真研究实验九非线性系统的相平面法分析实验十非线性系统的描述函数法分析附录1 教学考核方法附录2 实验课安排时间要求实验一 典型环节的模拟研究一．实验目的1．通过搭建典型环节模拟电路，熟悉并掌握自动控制综合实验台的使用方法。
2．熟悉各种典型环节的的阶跃响应。
3．研究参数变化对典型环节阶跃响应的影响。
4．掌握ACES 软件的使用方法。
二．实验仪器1．自动控制综合实验箱 2．计算机 3．LABACT 软件三．实验内容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1-1所示，比例环节的传递函数为： K s U s U i =)()(0图1-1 典型比例环节模拟电路(1) 比例系数（放大倍数）选取： A ．当K=1、K=2、K=5时，分别观测阶跃响应曲线，并记录输入信号输出信号波形；B ．比例放大倍数 K=R2/R1；(2) 阶跃信号设置：阶跃信号的幅值选择1伏（或5伏）(3) 连接虚拟示波器：A ．将输入阶跃信号用排题线与示波器通道CH1相连接；B ．将比例环节输出信号（实验电路A2的“OUT2”）与示波器通道CH2相连接。
《自动控制原理》实验指导书(正文全)
实验一基于MATLAB实验平台的系统被控对象的建立与转换[说明]一个控制系统主要由被控对象、检测测量装置、控制器和执行器四大部分构成。
用于自控原理实验方面的被控对象可以有①用于实际生产的实际系统的真实被控对象，如进行温度控制的锅炉、进行转速控制的电机等；②用于实验研究的真实被控对象，如进行温度控制的实验用锅炉、进行转速控制的电机等；③用运算放大器等电子器件搭建的电模拟被控对象（电路板形式），它们的数学模型与真实被控对象的数学模型基本一致，而且比真实被控对象更典型，更精准。
它们是实物型原理仿真被控对象。
④计算机仿真的被控对象，它们是非实物型原理仿真被控对象，是以各种形式展现的被控对象的数学模型。
它们通过计算机屏幕展示，或是公式形式的数学算式，或是数字形式的数表、矩阵，或是图形形式的结构框图，或是动画形式的真实被控对象实物的动态图形。
在自控原理实验中，①极少用；②用的不多；③用的较多；④在MATLAB软件广泛使用后，用的较多。
③、④各有其优缺点。
MATLAB软件的应用对提高控制系统的分析、设计和应用水平起着十分重要的作用。
我们的实验采用的是④：采用MATLAB软件平台的计算机仿真的被控对象。
这里“被控对象的建立”，指在MATLAB软件平台上怎样正确表示被控对象的数学模型。
[实验目的]1．了解MATLAB软件的基本特点和功能；2．掌握线性系统被控对象传递函数数学模型在MATLAB环境下的表示方法及转换；3．掌握多环节串联、并联、反馈连接时整体传递函数的求取方法；4．掌握在SIMULINK环境下系统结构图的形成及整体传递函数的求取方法。
[实验指导]一、被控对象模型的建立在线性系统理论中，一般常用的描述系统的数学模型形式有：（1）传递函数模型——有理多项式分式表达式（2）传递函数模型——零极点增益表达式（3）状态空间模型（系统的内部模型）这些模型之间都有着内在的联系，可以相互进行转换。
1、传递函数模型——有理多项式分式表达式设系统的传递函数模型为1110111......)()()(a s a s a s a b s b s b s b s R s C s G n n n n m m m m ++++++++==---- 对线性定常系统，式中s 的系数均为常数，且a n 不等于零。
自动控制原理实验指导书(11.09版)
河南机电高等专科学校《自动控制原理》实验指导书专业：电气自动化技术、计算机控制技术生产过程自动化技术等吴君晓编2008年9月目录实验一 (2)实验二 (4)实验三 (6)实验四 (8)实验五 (10)实验六 (12)实验七 (14)实验八 (15)实验九 (17)实验一建立MATLAB环境下控制系统数学模型一. 实验目的1.熟悉MATLAB实验环境，掌握MATLAB命令窗口的基本操作。
2.掌握MATLAB建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法。
3.掌握使用MATLAB命令化简模型基本连接的方法。
二、实验设备和仪器1．计算机2. MATLAB软件三、实验原理控制系统常用的数学模型有四种：传递函数模型（tf对象）、零极点增益模型（zpk对象）、结构框图模型和状态空间模型（ss对象）。
经典控制理论中数学模型一般使用前三种模型，状态空间模型属于现代控制理论范畴。
1.传递函数模型（也称为多项式模型）连续系统的传递函数模型为：在MATLAB中用分子、分母多项式系数按s的降幂次序构成两个向量：num = [ b0 , b1 ,…, bm ] ，den = [ a0 , a1 ,…, an]。
用函数tf ( )来建立控制系统的传递函数模型，其命令调用格式为：G = tf ( num , den )注意：对于已知的多项式模型传递函数，其分子、分母多项式系数两个向量可分别用G.num{1}与G.den{1}命令求出。
2.零极点增益模型零极点模型是是分别对原传递函数的分子、分母进行因式分解，以获得系统的零点和极点的表示形式。
式中，K为系统增益，z1，z2，…，z m为系统零点，p1，p2，…，p n为系统极点。
在MATLAB 中，用向量z，p，k构成矢量组[ z, p, k ]表示系统。
即z = [ z1, z2 ,…,z m ]，p = [ p1, p2,…, p n ]，k = [ k ],用函数命令zpk ( )来建立系统的零极点增益模型，其函数调用格式为：G = zpk ( z, p, k )3.控制系统模型间的相互转换零极点模型转换为多项式模型: G＝zpk(G)多项式模型转化为零极点模型: G＝tf(G)4.系统反馈连接之后的等效传递函数两个环节反馈连接后，其等效传递函数可用feedback ( )函数求得。
自动控制原理实验指导书(学生用)
《自动控制原理》实验指导书实验一 控制系统的时域分析一、实验名称控制系统的时域分析二、实验目的利用MATLAB 编程求解系统单位阶跃响应三、预习要求1、 熟悉系统单位阶跃响应的物理意义及求解方法；2、 熟悉MALAB 运行环境四、实验内容与步骤1、 设闭环传递函数分别为：21()200/(140400384)G s s s =++；22()200/(140100384)G s s s =++；4323()200/(20140400384)G s s s s s =++++；24()(7)/(6)G s s s s =+++；[]11122251211116.5010()10x x u x x u G s x y x ⎧--⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤=+⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎪⎣⎦⎣⎦⎣⎦=⎨⎡⎤⎪=⎢⎥⎪⎣⎦⎩通过编程求系统的单位阶跃响应曲线。
2、 完成实验报告。
五、讨论分析两个传递函数的特征在零、极点分布情况及分子分母的阶次有差别的情况下，对系统的静态及动态性能有什么影响？六、实验报告要求1、 整理实验结果；2、 对实验结果进行分析。
实验二 绘制系统根轨迹图并判定系统的稳定性一、实验名称绘制系统根轨迹图并判定系统的稳定性二、实验目的熟悉MATLAB 软件的简单编程，掌握MATLAB 环境下根轨迹图的绘制方法，进一步了解根轨迹图法判据的应用。
三、预习要求1、熟悉MALAB 运行环境2、熟悉系统根轨迹图绘制及系统稳定性判定的基本法则。
四、实验内容与步骤1、设系统开环传递函数分别为：1()/(1)(2)G s K s s s =++；4322()/(586)G s K s s s s =+++；3()()/(2)(4)G s K s a s s s =+++，a 分别为1，3，5时的根轨迹；4324()/(163680)G s K s s s s =+++通过编程绘制系统的根轨迹。
3、 完成实验报告。
自动控制原理实验指导书
实验三线性系统的频率响应分析在经典控制理论中，采用时域分析法研究系统的性能，是一种比较准确和直观的分析法。
但是，在应用中也常会遇到一些困难。
其一，对于高阶系统，其性能指标不易确定；其二，难于研究参数和结构变化对系统性能的影响。
而频率响应法是应用频率特性研究自动控制系统的一种经典方法，它弥补了时域分析分析法的某些不足。
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递函数。
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（w由0变至∞）而变化的特性。
根据控制系统对正弦输入信号的响应，可推算出系统在任意周期信号或非周期信号作用下的运动情况。
2、频率特性的表达方式（1）对数频率特性：又称波特图，它包含对数幅频和对数相频两条曲线。
（2）极坐标图（又称为乃奎斯特图）（3）对数幅相图（又称为尼克尔斯图）本次实验采用对数频率特性图来进行频率响应分析的研究。
实验中提供了两种实验测试方法：直接测量和间接测量。
（二）实验内容1、间接频率特性测量方法用来测量闭环系统的开环特性，因为有些线性系统的开环时域响应曲线发散，幅值不易测量，可将其构成闭环反馈稳定系统后，通过测量信号源、反馈信号、误差信号的关系，从而推导出对象的开环频率特性。
①对象为积分环节：1/0.1S由于积分环节的开环时域响应曲线不收敛，稳态幅值无法测出，我们采用间接测量方法，将其构成闭环，根据闭环时的反馈及误差的相互关系，得出积分环节的频率特性。
②将积分环节构成单位负反馈，模拟电路构成如图3.1-1图3.1-1③理论依据图3.1-1所示的开环频率特性为：采用对数幅频特性和相频特性表示，则上式表示为：其中G（jw）为积分环节，所以只要将反馈信号、误差信号的幅值及相位按上式计算出来即可得积分环节的波特图。
④测量方式：实验采用间接测量方式，只须用两路表笔CHI和CH2来测量图3.1-1中的反馈测量点和误差测量点，通过移动游标，确定两路信号和输入信号之间的相位和幅值关系，即可间接得出积分环节的波特图。
自控原理实验指导书
自控原理实验指导书实验名称：自控原理实验指导书前言：自控原理是现代自动控制领域的一门重要课程，它研究各种自动控制系统和控制原理的基本原理和方法。
为了帮助同学们更好地理解和掌握自控原理的实验内容和操作过程，本实验指导书将详细介绍实验的目的、原理、实验装置、实验步骤及数据处理等内容。
请同学们仔细阅读并按照指导书的要求完成实验。
实验目的：本实验旨在通过搭建自控原理实验装置，学习并掌握比例控制、积分控制和微分控制等基本控制方法，进一步加深对自控原理的理解。
实验原理：自控原理实验涉及的基本原理主要包括反馈原理、比例控制、积分控制和微分控制。
1. 反馈原理反馈原理是自控系统中最基本的原理之一。
根据反馈原理，系统的控制量与被控制量之间存在一种反馈关系，控制量根据被控制量的变化情况进行调整，以实现对被控制量的稳定控制。
2. 比例控制比例控制是根据被控制量与给定值之间的差异进行控制。
控制量与被控制量的偏差乘以比例系数得到控制量的输出，将输出信号作用于执行元件，从而实现对被控制量的控制。
3. 积分控制积分控制是根据被控制量与给定值之间的累积误差进行控制。
在一定时间内，系统之中的误差累积，并根据累积误差与积分系数的乘积得到控制量的输出，通过执行元件对被控制量进行控制。
4. 微分控制微分控制是根据被控制量的变化趋势进行控制。
通过对被控制量的变化速率进行测量，乘以微分系数得到控制量的输出，通过执行元件对被控制量进行控制，以实现对被控制量的控制。
实验装置：实验装置主要包括自控原理实验箱、电源、信号发生器、数字多用表等。
实验步骤：以下是本实验的具体操作步骤，请同学们按照步骤一步步进行。
1. 连接实验装置：将电源、信号发生器和数字多用表分别接入实验箱的相应接口。
2. 设定实验参数：根据实验要求，设置信号发生器的频率、幅值等参数，并将其输出接入实验箱。
3. 搭建反馈回路：根据实验要求，搭建反馈回路，包括反馈元件、控制器、执行元件等。
《自动控制原理》实验指导书
《自动控制原理》实验指导书山西农业大学工程技术学院目录自动控制理论电子模拟实验指导书实验一、控制系统典型环节的模拟实验二、一阶系统的时域响应及参数测定实验三、二阶系统的瞬态响应分析实验四、PID控制器的动态特性实验五、典型环节频率特性的测试附录：扫频电源操作使用说明实验一 控制系统典型环节的模拟一、 实验目的1）、熟悉超低频扫描示波器的使用方法2）、掌握用运放组成控制系统典型环节的电子电路 3）、测量典型环节的阶跃响应曲线4）、通过实验了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响二、 实验仪器1）、控制理论电子模拟实验箱一台 2）、超低频慢扫描示波器一台 3）、万用表一只三、 实验原理以运算放大器为核心元件，由其不同的R-C 输入网络和反馈网络组成的各种典型环节，如图1-1所示。
图中Z 1和Z 2为复数阻抗，它们都是由R 、C 构成。
基于图中A 点的电位为虚地，略去流入运放的电流，则由图1-1得：由上式可求得由下列模拟电 路组成的典型环节的传递函数及 其单位阶跃响应。
1)、比例环节比例环节的模拟电路如图1-2所示： 图1-1、运放的反馈连接(1) )(12Z Z u u S G i o =-=2=410820==12KKZ Z )S (G）（2 1+=1+1•=R 1+==21212212TS KCS R R R CS /R CS/R Z Z )S (G图1-2 比例环节2）、惯性环节取参考值R 1=100K ，R 2=100K ，C=1uF图1-3、惯性环节3）、积分环节取参考值R =200K ，C =1uF图1-4、积分环节）（3 11/1)(12TSRCS R CSZ Z S G ==== RC =T 积分时间常数式中4）、比例微分环节（PD ），其接线图如图及阶跃响应如图1-5所示。
参考值R 1=200K ，R 2=410K ，C =0.1uF图1-5 比例微分环节5）、比例积分环节，其接线图单位阶跃响应如图1-6所示。
自动控制原理实验
自动控制原理实验自动控制原理实验是自动控制原理课程的重要组成部分，通过实验可以加深对自动控制原理的理解，提高实际操作能力。
本文将介绍自动控制原理实验的基本内容和实验步骤。
一、PID控制器实验。
PID控制器是自动控制中常用的一种控制器，它包括比例环节、积分环节和微分环节。
在PID控制器实验中，首先需要搭建一个控制系统模型，然后根据实验要求调节PID参数，观察系统的响应特性。
通过实验可以了解PID参数对系统稳定性和动态性能的影响，为工程实际应用提供参考。
二、系统辨识实验。
系统辨识是自动控制领域的重要内容，通过实验可以获取系统的数学模型，为控制器设计提供依据。
在系统辨识实验中，需要输入一定的信号，观察系统的输出响应，并利用系统辨识方法建立系统的数学模型。
实验过程中需要注意信号的选择和采样频率，以保证实验数据的准确性和可靠性。
三、闭环控制实验。
闭环控制是自动控制中常用的一种控制策略，通过实验可以验证闭环控制系统的性能。
在闭环控制实验中，需要搭建一个闭环控制系统，然后根据实验要求设计控制器参数，并观察系统的稳定性和跟踪性能。
实验过程中需要注意控制器参数的选择和调节，以保证系统的稳定性和性能。
四、数字控制实验。
数字控制是现代控制领域的重要内容，通过实验可以了解数字控制系统的特点和设计方法。
在数字控制实验中，需要搭建一个数字控制系统，然后根据实验要求设计数字控制器，并观察系统的响应特性。
实验过程中需要注意采样周期和数字控制器参数的选择，以保证系统的性能和稳定性。
通过以上实验，可以加深对自动控制原理的理解，提高实际操作能力，为将来的工程实际应用打下基础。
希望同学们能够认真对待自动控制原理实验，不断提高自己的实验能力和动手能力，为将来的工程实践做好准备。
自动控制原理实验指导书48203
《自动控制原理》实验指导书皖西学院机电学院2012年9月实验一基于Mat lab环境仿真基础实验实验目的1．熟悉MATLAB实验环境，Simulink的基本操作。
2．利用Simulink建立系统的数学模型并仿真求解。
3．通过观察典型二阶系统在单位阶跃、脉冲、斜坡信号作用下的动态特性，熟悉各种典型的响应曲线。
4．通过二阶系统定性及定量了解参数变化对动态特性的影响。
实验原理MATLAB环境是一种为数值计算、数据分析和图形显示服务的交互式的环境。
MATLAB 有3种窗口，即：命令窗口（The Command Window）、m-文件编辑窗口（The Edit Window）和图形窗口（The Figure Window），而Simulink另外又有Simulink模型编辑窗口。
1．命令窗口（The Command Window）当MA TLAB启动后，出现的最大的窗口就是命令窗口。
用户可以在提示符“>>”后面输入交互的命令，这些命令就立即被执行。
在MATLAB中，一连串命令可以放置在一个文件中，不必把它们直接在命令窗口内输入。
在命令窗口中输入该文件名，这一连串命令就被执行了。
因为这样的文件都是以“.m”为后缀，所以称为m-文件。
2．m-文件编辑窗口（The Edit Window）我们可以用m-文件编辑窗口来产生新的m-文件，或者编辑已经存在的m-文件。
在MATLAB主界面上选择菜单“File/New/M-file”就打开了一个新的m-文件编辑窗口；选择菜单“File/Open”就可以打开一个已经存在的m-文件，并且可以在这个窗口中编辑这个m-文件。
3．图形窗口（The Figure Window）图形窗口用来显示MATLAB程序产生的图形。
图形可以是2维的、3维的数据图形，也可以是照片等。
Simulink是MA TLAB的一个部件，它为MATLAB用户提供了一种有效的对反馈控制系统进行建模、仿真和分析的方式。
自动控制原理MATLAB仿真实验指导书(4个实验)
自动控制原理MATLAB仿真实验实验指导书电子信息工程教研室实验一典型环节的MA TLAB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、SIMULINK的使用MATLAB中SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。
利用SIMULINK功能模块可以快速的建立控制系统的模型，进行仿真和调试。
1．运行MA TLAB软件，在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink命令，按Enter键或在工具栏单击按钮，即可进入如图1-1所示的SIMULINK仿真环境下。
2．选择File菜单下New下的Model命令，新建一个simulink仿真环境常规模板。
图1-1 SIMULINK仿真界面图1-2 系统方框图3．在simulink仿真环境下，创建所需要的系统。
以图1-2所示的系统为例，说明基本设计步骤如下：1）进入线性系统模块库，构建传递函数。
点击simulink下的“Continuous”，再将右边窗口中“Transfer Fen”的图标用左键拖至新建的“untitled”窗口。
2）改变模块参数。
在simulink仿真环境“untitled”窗口中双击该图标，即可改变传递函数。
其中方括号内的数字分别为传递函数的分子、分母各次幂由高到低的系数，数字之间用空格隔开；设置完成后，选择OK，即完成该模块的设置。
3）建立其它传递函数模块。
按照上述方法，在不同的simulink的模块库中，建立系统所需的传递函数模块。
例：比例环节用“Math”右边窗口“Gain”的图标。
4）选取阶跃信号输入函数。
用鼠标点击simulink下的“Source”，将右边窗口中“Step”图标用左键拖至新建的“untitled”窗口，形成一个阶跃函数输入模块。
自控原理实验指导书
《自动控制原理》实验指导书《自动控制原理》课程组2006年5月目录实验一典型线性环节的暂态特性 (1)实验二二阶系统的阶跃响应 (3)实验三线性系统稳定性研究 (5)实验四线性系统稳态误差的研究 (7)实验五控制系统的校正（设计性实验） (9)实验六典型非线性环节的静态特性 (10)实验七非线性系统的描述函数法 (14)实验八采样控制系统的分析 (17)实验九单闭环温度恒值控制系统（选作实验） (20)实验十单容水箱液位定值控制系统（选作实验） (24)实验一典型线性环节的暂态特性一、实验目的1. 熟悉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。
2. 熟悉各典型环节的传递函数及其特性，掌握典型环节的电路模拟。
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机一台(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；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；四、实验步骤1. 比例（P）环节根据比例环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建模拟电路，如下图所示。
图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。
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。
当u i 为2V阶跃信号时，用上位软件观测并记录相应K值时的实验曲线，并与理论值进行比较。
另外R2还可使用可变电位器，以实现比例系数为任意值。
注：实验操作前必须先熟悉“THBDC-1 使用说明书”部分。
2. 积分（I）环节根据积分环节的方框图，选择实验台上的通用电路单元设计并组建模拟电路，如下图所示。
图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。
自动控制原理MATLAB仿真实验指导书(4个实验)
自动控制原理MATLAB仿真实验实验指导书电子信息工程教研室实验一典型环节的MA TLAB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、SIMULINK的使用MATLAB中SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。
利用SIMULINK功能模块可以快速的建立控制系统的模型，进行仿真和调试。
1．运行MA TLAB软件，在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink命令，按Enter键或在工具栏单击按钮，即可进入如图1-1所示的SIMULINK仿真环境下。
2．选择File菜单下New下的Model命令，新建一个simulink仿真环境常规模板。
图1-1 SIMULINK仿真界面图1-2 系统方框图3．在simulink仿真环境下，创建所需要的系统。
以图1-2所示的系统为例，说明基本设计步骤如下：1）进入线性系统模块库，构建传递函数。
点击simulink下的“Continuous”，再将右边窗口中“Transfer Fen”的图标用左键拖至新建的“untitled”窗口。
2）改变模块参数。
在simulink仿真环境“untitled”窗口中双击该图标，即可改变传递函数。
其中方括号内的数字分别为传递函数的分子、分母各次幂由高到低的系数，数字之间用空格隔开；设置完成后，选择OK，即完成该模块的设置。
3）建立其它传递函数模块。
按照上述方法，在不同的simulink的模块库中，建立系统所需的传递函数模块。
例：比例环节用“Math”右边窗口“Gain”的图标。
4）选取阶跃信号输入函数。
用鼠标点击simulink下的“Source”，将右边窗口中“Step”图标用左键拖至新建的“untitled”窗口，形成一个阶跃函数输入模块。
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环节），取 R1 R2 R3 ，将近似上述理想 PID
环节有 KP
R1 R0
, Ti
R0C1, Td
R1R2 R0
C2 ，实验参
Ui s
数取 R0＝200k，R1＝100k，R2＝10k，R3＝1k，
C1＝1uF，C2＝10uF，R=10k。
对应理想的和实际的比例积分微分(PID)
Tds
KP
1 Tis
图1.1.2 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： UO(s) 1
Ui(s) Ts 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 所示，于是 T R0C ， 实验参数取 R0＝100k，C＝1uF，R=10k。
uo t
Uo s
环节的阶跃响应分别如图 1.6.3 a、图 1.6.3 b 所示。
图1.6.1
实际 R2C2 (R1C1s 1) （供软件仿真参考）
Ui (s)
R0
R0C1s R0C1(R3C2s 1)
-
5
ui
R0
自动控制理论软件说明
C R1 R2
Ui s
1 Uo s
Ts
图1.2.1
ui
R0
C
+
+
0
t
图1.2.3
R
R
-
+
uo
+
I
-
2
图1.2.2
自动控制理论软件说明
3．比例积分(PI)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应
比例积分环节的传递函数为：
Ui s
K
uo t Uo s
UO K 1
Ui
Ts
1
Ts
图1.3.1
0
t
图1.3.3
其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图 1.3.1、图 1.3.2 和图 1.3.3 所示，于是
自动控制理论软件说明
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。
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。接线时要注意对运 放锁零的要求。
环节），取
R1, R2
R3
，则有
K
R1 R2 R0
,T
R1R2 R1 R2
C
，实验参数取
R0＝10k，R1＝10k，
R2＝10k，R3＝33k，C＝1uF，R=10k。
对应理想的和实际的比例微分(PD)环节的阶跃响应分别如图 1.4.3a、图 1.4.3b 所示。
Ui s
K
Uo s
Ts
-
3
1
图1.4.1
K
R1 R0
,T
R1C
，实验参数取
R0＝200k，R1＝200k，C＝1uF，R=10k。
6．比例积分微分(PID)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应
比例积分微分环节的传递函数为：
UO(s) Ui(s)
KP
1 Ti s
T ds
其方块图和模拟电路分别如图 1.6.1、图
1.6.2 所示。其模拟电路是近似的（即实际 PID
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。
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：
4．分析实验结果，完成实验报告。
四．附录
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： UO(s) K
自动控制理论软件说明
ui
R0
uo t
R1 R2
C R3
-
R
+
+
PD
图1.4.2
uo t
R
-
+
uo
+
0
t
图1.4.3a
0
t
图1.4.3b
实际 PD 环节的传递函数为：
Uo (s) Ui (s)
R1 R2 R0
1
(R1
R1R2Cs R2)(R3Cs
1)
(R1R2 R2R3 R3R1)Cs (R1 R2 ) R0R3Cs R0
C R3
-
R
+
+
PID
图1.6.2
R
-
+
uo
+
uo t uo t
0
t
图1.6.3a
0
t
图1.6.3b
-
6
自动控制理论软件说明
实验二 二阶系统动态性能分析及线性系统稳定性分析
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。
Ui(s) 其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图 1.1.1、图 1.1.2 和图 1.1.3 所示，于是 K R1 ，
R0 实验参数取 R0＝100k，R1＝200k，R=10k。
-
1
自动控制理论软件说明
uo t
Ui s
Uo s
K
图1.1.1
ui
R0
R1
+
+
0
t
图1.1.3 R
R
-
+
uo
+
P
K
R1 R0
，T
R0C
实验参数取 R0＝200k，R1＝200k，C＝1uF，R=10k。
ui
R0
R1 C
-
R
+
+
R
-
+
uo
+
PI
图1.3.2
4．比例微分(PD)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应
比例微分环节的传递函数为： UO K(1 Ts) Ui
其方块图和模拟电路分别如图 1.4.1、图 1.4.2 所示。其模拟电路是近似的（即实际 PD
（供软件仿真参考）
5．惯性环节的传递函数、方块图、模拟电
路和阶跃响应
惯性环节的传递函数为： UO K Ui Ts 1
-
4
uo t 0
t 图1.5.3
自动控制理论软件说明
Ui s
K
Uo s
Ts+1
图1.5.1
ui
R0
C R1
-
R
+
+
R
-
+
uo
+
PI
图1.5.2
其方块图、模拟电路和阶跃响应，分别如图 1.5.1、图 1.5.2 和图 1.5.3 所示，其中