《自动控制原理》仿真实验报告
自动控制原理的实训报告
一、实训目的本次实训旨在通过实际操作和实验，加深对自动控制原理的理解，掌握控制系统分析和设计的基本方法，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。
通过实训，使学生能够：1. 理解自动控制系统的基本组成和原理；2. 掌握典型控制系统的时域响应和频域响应分析方法；3. 学会使用实验设备进行控制系统实验，并能够分析实验结果；4. 培养团队协作和沟通能力。
二、实训仪器与设备1. 自动控制原理实验台；2. 信号发生器；3. 数据采集器；4. 计算机；5. 控制系统模拟软件。
三、实训内容1. 控制系统结构分析通过实验台搭建一个典型的控制系统，分析其结构，包括各个环节的功能和相互关系。
2. 时域响应实验对搭建的控制系统进行阶跃响应实验，记录并分析系统的输出波形，计算超调量、上升时间、调节时间等性能指标。
3. 频域响应实验对搭建的控制系统进行频率特性实验，记录并分析系统的幅频特性、相频特性，绘制Bode图。
4. 控制系统设计根据实验结果，对控制系统进行设计，包括PID参数整定、控制器设计等。
四、实验过程1. 搭建控制系统根据实验要求，搭建一个典型的控制系统，包括控制器、执行器、被控对象等环节。
2. 进行阶跃响应实验使用信号发生器产生阶跃信号，输入到控制系统中，记录输出波形，并计算超调量、上升时间、调节时间等性能指标。
3. 进行频率特性实验使用信号发生器产生不同频率的正弦信号，输入到控制系统中，记录输出波形，并绘制Bode图。
4. 控制系统设计根据实验结果，对控制系统进行设计，包括PID参数整定、控制器设计等。
五、实验结果与分析1. 阶跃响应实验通过阶跃响应实验，可以分析系统的稳定性和动态性能。
例如，超调量反映了系统的振荡程度，上升时间反映了系统的响应速度，调节时间反映了系统达到稳态所需的时间。
2. 频率特性实验通过频率特性实验，可以分析系统的频率响应特性。
例如，幅频特性反映了系统对不同频率信号的放大倍数，相频特性反映了系统对不同频率信号的相位延迟。
自控仿真实验报告
一、实验目的1. 熟悉MATLAB/Simulink仿真软件的基本操作。
2. 学习控制系统模型的建立与仿真方法。
3. 通过仿真分析，验证理论知识，加深对自动控制原理的理解。
4. 掌握控制系统性能指标的计算方法。
二、实验内容本次实验主要分为两个部分：线性连续控制系统仿真和非线性环节控制系统仿真。
1. 线性连续控制系统仿真（1）系统模型建立根据题目要求，我们建立了两个线性连续控制系统的模型。
第一个系统为典型的二阶系统，其开环传递函数为：\[ G(s) = \frac{1}{(s+1)(s+2)} \]第二个系统为具有迟滞环节的系统，其开环传递函数为：\[ G(s) = \frac{1}{(s+1)(s+2)(s+3)} \]（2）仿真与分析（a）阶跃响应仿真我们对两个系统分别进行了阶跃响应仿真，并记录了仿真结果。
（b）频率响应仿真我们对两个系统分别进行了频率响应仿真，并记录了仿真结果。
（3）性能指标计算根据仿真结果，我们计算了两个系统的性能指标，包括上升时间、超调量、调节时间等。
2. 非线性环节控制系统仿真（1）系统模型建立根据题目要求，我们建立了一个具有饱和死区特性的非线性环节控制系统模型。
其传递函数为：\[ W_k(s) = \begin{cases}1 & |s| < 1 \\0 & |s| \geq 1\end{cases} \]（2）仿真与分析（a）阶跃响应仿真我们对非线性环节控制系统进行了阶跃响应仿真，并记录了仿真结果。
（b）相轨迹曲线绘制根据仿真结果，我们绘制了四条相轨迹曲线，以分析非线性环节对系统性能的影响。
三、实验结果与分析1. 线性连续控制系统仿真（a）阶跃响应仿真结果表明，两个系统的性能指标均满足设计要求。
（b）频率响应仿真结果表明，两个系统的幅频特性和相频特性均符合预期。
2. 非线性环节控制系统仿真（a）阶跃响应仿真结果表明，非线性环节对系统的性能产生了一定的影响，导致系统响应时间延长。
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告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。
无上位机时，利用实验箱上的信号源单元U2所输出的周期阶跃信号作为环节输入，即连接箱上U2的“阶跃”与环节的输入端（例如对比例环节即图1.1.2的Ui），同时连接U2的“锁零（G）”与运放的锁零G。
然后用示波器观测该环节的输入与输出（例如对比例环节即测试图1.1.2的Ui和Uo）。
注意调节U2的周期阶跃信号的“频率”电位器RP5与“幅值”电位器RP2，以保证观测到完整的阶跃响应过程。
有上位机时，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。
为了利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能，接线方式将不同于上述无上位机情况。
仍以比例环节为例，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USB2.0通信线。
自控原理实验报告
一、实验目的1. 理解并掌握自动控制原理的基本概念和基本分析方法。
2. 掌握典型环节的数学模型及其在控制系统中的应用。
3. 熟悉控制系统的时间响应和频率响应分析方法。
4. 培养实验操作技能和数据处理能力。
二、实验原理自动控制原理是研究控制系统动态性能和稳定性的一门学科。
本实验主要涉及以下几个方面：1. 典型环节：比例环节、积分环节、微分环节、惯性环节等。
2. 控制系统：开环控制系统和闭环控制系统。
3. 时间响应：阶跃响应、斜坡响应、正弦响应等。
4. 频率响应：幅频特性、相频特性等。
三、实验内容1. 典型环节的阶跃响应- 比例环节- 积分环节- 比例积分环节- 比例微分环节- 比例积分微分环节2. 典型环节的频率响应- 幅频特性- 相频特性3. 二阶系统的阶跃响应- 上升时间- 调节时间- 超调量- 峰值时间4. 线性系统的稳态误差分析- 偶然误差- 稳态误差四、实验步骤1. 典型环节的阶跃响应- 搭建比例环节、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实验电路。
- 使用示波器观察并记录各个环节的阶跃响应曲线。
- 分析并比较各个环节的阶跃响应曲线，得出结论。
2. 典型环节的频率响应- 搭建比例环节、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实验电路。
- 使用频率响应分析仪测量各个环节的幅频特性和相频特性。
- 分析并比较各个环节的频率响应特性，得出结论。
3. 二阶系统的阶跃响应- 搭建二阶系统的实验电路。
- 使用示波器观察并记录二阶系统的阶跃响应曲线。
- 计算并分析二阶系统的上升时间、调节时间、超调量、峰值时间等性能指标。
4. 线性系统的稳态误差分析- 搭建线性系统的实验电路。
- 使用示波器观察并记录系统的稳态响应曲线。
- 计算并分析系统的稳态误差。
五、实验数据记录与分析1. 典型环节的阶跃响应- 比例环节：K=1，阶跃响应曲线如图1所示。
- 积分环节：K=1，阶跃响应曲线如图2所示。
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。
自动控制原理实训报告
自动控制原理实训报告引言：自动控制原理是现代工程领域中的重要学科，它研究如何利用控制系统来实现对各种物理过程的自动化调节和控制。
本篇报告旨在总结和分析我在自动控制原理实训中所学到的知识和经验，并对实训过程中遇到的问题进行探讨和解决。
一、实训目的和背景自动控制原理实训的主要目的是通过实际操作和实验验证，加深对自动控制原理的理解和掌握。
通过实际操控控制系统，我们可以更好地理解控制系统的工作原理、参数调节和性能评估等方面的知识。
二、实训内容和步骤本次实训主要包括以下内容和步骤：1. 实验仪器和设备的介绍：我们首先了解了实验室中常用的控制系统实验仪器和设备，包括传感器、执行器、控制器等，并学习了它们的基本原理和使用方法。
2. 控制系统的建模与仿真：我们学习了如何将实际的物理过程建立数学模型，并利用仿真软件进行系统性能分析和优化设计。
3. PID控制器的调节：PID控制器是最常用的控制器之一，我们学习了PID控制器的原理和调节方法，并通过实验验证了不同参数对系统响应的影响。
4. 系统性能评估与优化：我们学习了如何评估控制系统的性能指标，如稳定性、快速性和抗干扰能力，并通过调节控制器参数来优化系统性能。
三、实训中遇到的问题及解决方法在实训过程中，我们遇到了一些问题，下面列举了其中的几个，并给出了解决方法：1. 问题一：系统响应不稳定。
解决方法：通过调节PID控制器的参数，如比例系数、积分时间和微分时间，来使系统响应稳定。
2. 问题二：系统响应过慢。
解决方法：增大比例系数和减小积分时间可以提高系统的响应速度。
3. 问题三：系统受到干扰时响应不稳定。
解决方法：通过增加微分时间和加入滤波器等方法，可以提高系统的抗干扰能力。
四、实训心得和体会通过这次自动控制原理实训，我深刻体会到了理论与实践的结合的重要性。
在实际操作中，我们不仅需要理解控制原理，还需要灵活运用所学知识解决实际问题。
此外，实训过程中的团队合作也是非常重要的，通过与同学们的合作，我们共同解决了许多实际问题，加深了对自动控制原理的理解。
自动控制原理实验报告
实验一典型环节的模拟研究及阶跃响应分析1、比例环节可知比例环节的传递函数为一个常数：当Kp 分别为，1，2时，输入幅值为的正向阶跃信号，理论上依次输出幅值为，，的反向阶跃信号。
实验中，输出信号依次为幅值为，，的反向阶跃信号，相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%.在误差允许范围内可认为实际输出满足理论值。
2、 积分环节积分环节传递函数为：〔1〕T=0.1(0.033)时，C=1μf(0.33μf)，利用MATLAB ，模拟阶跃信号输入下的输出信号如图：与实验测得波形比较可知，实际与理论值较为吻合，理论上时的波形斜率近似为时的三倍，实际上为，在误差允许范围内可认为满足理论条件。
3、 惯性环节惯性环节传递函数为：K = R f /R 1,T = R f C,（1） 保持K = R f /R 1= 1不变，观测秒，秒〔既R 1 = 100K,C = 1μf ，μf 〕时的输出波形。
利用matlab 仿真得到理论波形如下：时t s 〔5%〕理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：〔400-300〕/300=33.3%,读数误差较大。
K 理论值为1，实验值，相对误差为〔〕/2.28=7%与理论值较为接近。
时t s 〔5%〕理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为：〔40-30〕/30=33.3% 由于ts 较小，所以读数时误差较大。
K 理论值为1，实验值，相对误差为〔〕/2.28=7%与理论值较为接近（2） 保持T = R f s 不变，分别观测K = 1，2时的输出波形。
K=1时波形即为〔1〕中时波形K=2时，利用matlab 仿真得到如下结果：t s 〔5%〕理论值为300ms,实际测得t s =400ms相对误差为：〔400-300〕/300=33.3% 读数误差较大K 理论值为2，实验值， 相对误差为〔〕/2=5.7%if i o R RU U -=1TS K)s (R )s (C +-=与理论值较为接近。
《自动控制原理》仿真实验报告
中国地质大学江城学院《自动控制原理》仿真实验报告姓名吴丽芳班级数控（2）班学号2520110228指导教师祁锋2013年12月9 日目录实验一 MATLAB软件的安装与认知实验二使用软件进行数值运算和绘图实验三采用SIMULINK仿真模块进行系统性能分析实验一 MATLAB软件的认识一、实验目的MATLAB软件是具有数值分析、矩阵运算、复杂的信息处理和完美的图形显示等多种功能的软件包，它具有许多专门用途的工具箱，进一步扩展了MATLAB 的应用领域，使其在自动控制系统的分析和设计方面获得广泛的应用。
1、熟悉启动和退出MATLAB软件的方法；2、熟悉MATLAB软件的运行环境；3、熟悉MATLAB软件的基本操作；4、掌握建立矩阵的方法；5、掌握熟悉MATLAB软件各种表达式的书写规则以及常用函数的使用；6、能够进行基本的数组、矩阵运算。
二、实验内容熟悉MATLAB软件的各个工具箱、指令及常用工具，掌握数值的表示方法、运算符的使用规则及运算表达式的写法。
三、分析讨论题1、MATLAB软件有哪些常用指令？有哪些专用工具箱？help elfun %列出所有基本函数。
lookfor image 查找有关图像的函数和命令。
几个常用的通用命令。
quit 关闭MATLABexit 关闭MATLABclc 清除MATLAB命令窗口中的所有显示内容clear 清除工作空间中保存的所有变量Matlab Main Toolbox——matlab主工具箱Control System Toolbox——控制系统工具箱Communication Toolbox——通讯工具箱Financial Toolbox——财政金融工具箱System Identification Toolbox——系统辨识工具箱Fuzzy Logic Toolbox——模糊逻辑工具箱Neural Network Toolbox——神经网络工具箱Optimization Toolbox——优化工具箱Partial Differential Toolbox——偏微分方程工具箱Robust Control Toolbox——鲁棒控制工具箱Signal Processing Toolbox——信号处理工具箱Spline Toolbox——样条工具箱Statistics Toolbox——统计工具箱Symbolic Math Toolbox——符号数学工具箱Simulink Toolbox——动态仿真工具箱Wavele Toolbox——小波工具箱2、用举例的方法说明数值的表示方法是怎样的？MATLAB的数值采用十进制，可以带小数点或负号。
自动控制原理实验实训报告 .docx
自动控制原理实验实训报告 .docx【导言】自动控制原理实验实训是控制科学与工程专业的必修课程，是学生进行理论学习与实践操作结合的一个重要环节。
本次实训学习了控制系统的基本概念、控制器的类型以及控制系统的建模和分析方法，并通过实现传感器数据采集、信号控制和反馈调节等操作，掌握了控制系统的工作原理和实现方式。
本报告将对本次实训中的实验操作、实验结果和实验体会进行详细记录和总结。
【实验操作】1.传感器场景仿真实验本实验通过MATLAB仿真软件，实现了对不同场景下传感器采集数据的比较分析。
实验过程中需要设置不同的传感器样本数据和处理方式，并利用MATLAB的数据处理工具对数据进行处理分析，从而得出传感器对于不同场景下数据采集的适用性和准确性。
2.直流电动机速度调节实验本实验通过实现电动机的速度控制，实现对电动机的运行状态的控制调节。
实验需要完成对AC220V电源、TG-01速度控制器以及直流电动机的连接和调试，并通过电动机的运行状态和速度，实现对控制器的参数设置和调节操作。
4.磁悬浮控制实验本实验实现了对磁悬浮平台的控制和调节，并通过数据反馈实现了对磁悬浮平台的稳定运行。
通过对控制器的参数调节和磁悬浮平台的反馈数据分析，加深了对磁悬浮控制原理的理解和掌握程度。
本次实验操作中，通过对控制器的操作和数据反馈的分析，加深了对自动控制的认识和掌握程度，提高了对控制系统的工作原理和实现方式的理解。
同时，实验操作中也存在一些问题和不足，例如实验操作过程的不稳定性和实验数据分析的不准确性等问题。
需要在今后的学习和实践中，加强对理论知识和实验操作技能的学习和掌握，提高实验操作的准确性和稳定性，从而更好地掌握自动控制原理的知识和技能。
自动控制原理MATLAB仿真实验报告
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、实验内容① 比例环节1)(1=s G 和2)(1=s G ；Simulink 图形实现：示波器显示结果：② 惯性环节11)(1+=s s G 和15.01)(2+=s s GSimulink 图形实现：示波器显示结果：③ 积分环节s s G 1)(1Simulink 图形实现：示波器显示结果：④ 微分环节s s G )(1Simulink 图形实现：波器显示结果：⑤ 比例+微分环节（PD ）2)(1+=s s G 和1)(2+=s s G1）、G1（s ）=s+2Simulink 图形实现：示波器显示结果：2）、G2（s）=s+1 Simulink图形实现：示波器显示结果：⑥ 比例+积分环节（PI ）s s G 11)(1+=和s s G 211)(2+=1）、G1（1）=1+1/sSimulink 图形实现：示波器显示结果：2）G2（s）=1+1/2s Simulink图形实现：示波器显示结果：三、心得体会通过这次实验我学到了很多，对课本内容加深了理解，熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法，加深对各典型环节响应曲线的理解，这为对课程的学习打下了一定基础。
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nω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、实验内容1．观察函数step( )的调用格式，假设系统的传递函数模型为243237()4641s s G s s s s s ++=++++绘制出系统的阶跃响应曲线？2．对典型二阶系统222()2n n n G s s s ωζωω=++1）分别绘出2(/)n rad s ω=，ζ分别取0,0.25,0.5,1.0和2.0时的单位阶跃响应曲线，分析参数ζ对系统的影响，并计算ζ=0.25时的时域性能指标,,,,p r p s ss t t t e σ。
(完整版)自动控制原理硬件仿真实验报告
实验课程名称：自动控制原理开课实验室：学科三号楼s306学院：信息与控制学院班级： 15自动化姓名：学号：指导教师：日期： 2017.10.28实验一典型环节的电路模拟一、实验目的1.熟悉各种典型环节的传递函数及其特性，掌握典型环节的电路模拟研究方法。
2.测量各种典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对其动态性能的影响。
二、实验设备模拟实验箱、有自动控制实验仿真软件的电脑（已和实验箱连接好）三、实验内容1.设计并组建比例环节的模拟电路，测量比例环节的阶跃响应曲线，改变参数K 观察曲线的变化规律。
2.设计并组建积分环节的模拟电路，测量积分环节的阶跃响应曲线，改变参数T 观察曲线的变化规律。
3.设计并组建惯性环节的模拟电路，测量惯性环节的阶跃响应曲线，改变参数K 和T观察曲线的变化规律。
4.设计并组建比例积分环节的模拟电路，测量比例环节的阶跃响应曲线，改变K 观察曲线的变化规律。
四、实验过程及结果分析1.比例环节按照下图在实验箱上完成接线(1)然后在电脑上打开仿真软件，将输入信号调节为单位阶跃信号，幅值为1，点击开始得到如下图的结果：（K=R2/R1）其中红色是响应曲线，黑色为输入曲线。
(2)我们改变它的参数K，将图中的R1变小，对其重新接线，根据K的表达式，此时K应该变大，实验结果如下图所示：上图可见相对于黑色曲线，红色响应相较于之前明显抬高。
(3)我们再改变它的参数K，将图中的R2调小，使R2<R1，即K<1，K变小，对其重新接线，实验结果如下图所示：显然可见K变小，且位于输入曲线的下方。
2.积分环节按照下图在实验箱上完成接线(1)然后在电脑上打开仿真软件，将输入信号调节为单位阶跃信号，幅值为1，点击开始得到如下图的结果：（注：因为屏幕限制，曲线不能继续向上伸展，所以输出后面变成了一条横线，实际应该是一条无限延伸的斜线。
）(2)要改变它的参数T就要改变电阻R的值，这里我们先增大R的值，R的值增大，T就增大，T增大斜率1/T就变小，实验结果如下图所示：显然，斜率变小了，上升变缓。
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告姓 名班 级学 号指导教师1自动控制原理实验报告（一）一．实验目的1.了解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。
3.了解掌握典型二阶系统模拟电路的构成方法及Ⅰ型二阶闭环系统的传递函数标准式。
4.研究Ⅰ型二阶闭环系统的结构参数--无阻尼振荡频率ωn 、阻尼比ξ对过渡过程的影响。
5.掌握欠阻尼Ⅰ型二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态性能指标σ%、t p 、t s 的计算。
6.观察和分析Ⅰ型二阶闭环系统在欠阻尼、临界阻尼、过阻尼的瞬态响应曲线，及在阶跃信号输入时的动态性能指标σ%、t p 值，并与理论计算值作比对。
二．实验过程与结果1.观察比例环节的阶跃响应曲线1.1模拟电路图1.2传递函数(s)G(s)()o i U K U s == 10R K R =1.3单位阶跃响应U(t)K 1.4实验结果1.5实验截图2342.观察惯性环节的阶跃响应曲线2.1模拟电路图2.2传递函数(s)G(s)()1o i U KU s TS ==+10R K R =1T R C =2.3单位阶跃响应0(t)K(1e)tTU-=-2.4实验结果2.5 实验截图5673.观察积分环节的阶跃响应曲线3.1模拟电路图3.2传递函数(s)1G(s)()TS o i U U s ==i 0T =R C3.3单位阶跃响应01(t)i U t T =3.4 实验结果3.5 实验截图89104.观察比例积分环节的阶跃响应曲线4.1模拟电路图4.2传递函数0(s)1(s)(1)(s)i i U G K U T S ==+10K R R =1i T R C=4.3单位阶跃响应1 (t)(1)U K tT=+ 4.4实验结果4.5实验截图1112135.观察比例微分环节的阶跃响应曲线5.1模拟电路图5.2传递函数0(s)1(s)()(s)1i U TSG K U S τ+==+12312(R )D R R T CR R =++3R C τ=120R R K R +=141233(R //R )R D K R +=0.06D D T K sτ=⨯=5.3单位阶跃响应0(t)()U KT t Kδ=+5.4实验结果截图6.观察比例积分微分（PID ）环节的响应曲线6.1模拟电路图156.2传递函数0(s)(s)(s)p p p d i i K U G K K T S U T S ==++123212(R )C d R R T R R =++i 121(R R )C T =+120p R R K R +=1233(R //R )R D K R +=32R C τ= D D T K τ=⨯6.3单位阶跃响应0(t)()p p D p K U K T t K tTδ=++6.4实验观察结果截图16三．实验心得这个实验，收获最多的一点：就是合作。
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告实验目的本次自动控制原理实验的目的是通过对传统反馈控制系统的模拟和实现，了解并掌握基本的控制原理和控制器设计方法，进一步深化对自动控制理论的理解。
实验装置本次实验使用的是一台水位控制系统，该系统由电源、电机、计量储水罐、信号检测器、PID控制器、水泵等组成。
电源将电能转换为机械能，通过水泵将水流入到计量储水罐中，信号检测器对储水罐中的水位进行检测并反馈给PID控制器，PID控制器对信号进行处理并控制电机的转速，从而实现对水位的控制。
实验步骤1. 确定实验参数在进行实验之前，首先需要确定实验的一些参数，如PID控制器的比例系数、积分系数以及微分系数等。
这需要根据具体实验情况进行设定，以确保控制系统具有良好的稳定性和响应能力。
2. 实施控制将水泵开启，令水流入计量储水罐中，同时PID控制器对信号进行处理，调节电机的转速以控制水位。
实验过程中需要注意及时进行系统动态的监控和调整，以确保控制系统的稳定性和故障排除。
3. 结束实验并分析结果实验结束后，需要对实验结果进行分析，包括控制系统的响应速度、稳定性以及对参数的灵敏度等。
通过对实验数据的收集和分析，可以进一步提高对自动控制理论的理解和应用能力。
实验结果分析本次实验中，我们实现了对水位的控制，并对PID控制器的参数进行了设定和调整。
实验结果表明，我们所设计的控制系统具有较好的稳定性和响应能力，并且对参数的灵敏度较高。
同时，通过实验数据的分析，我们也发现了一些问题和不足之处，如控制系统的动态响应速度过慢等，这需要我们在实际应用中加以改进和完善。
结论本次自动控制原理实验通过实现对水位的控制，进一步加深了对自动控制理论的理解，掌握了基本的控制原理和控制器设计方法。
同时，通过实验数据的分析和总结，也为今后在自动控制领域的实际应用提供了一定的参考和指导。
自动控制原理仿真实验
实验一一阶惯性系统特性仿真分析1 实验目的：熟悉仿真模块及参数设定方法，研究一阶惯性环节闭环传递函数参数T和K对系统单位阶跃响应性能的影响。
2 实验方法：利用SIMULINK建立系统结构图。
见图1。
3 实验内容：按照仿真图要求，从SIMULINK库中取出相应的模块，并连接闭合的系统结构图。
闭环传函G(s)=K/(Ts+1),K=1,T=0.2秒，观察阶跃相应曲线。
重复改变T 分别为0.5秒、0.8秒观察阶跃相应曲线的变化。
计算一阶系统的动态响应指标tr和ts。
4 实验步骤：启动计算机，运行Matlab软件，启动Simulink程序，按照内容要求组装控制系统，做好实验准备。
5 实验结果分析及结论：①求出一界系统单位阶跃响应函数表达式，计算T=0.2,0.5,0.8时的响应指标tr和ts。
② T逐渐增大时，上升时间tr和调节时间ts怎样变化？③ T逐渐减小时，系统的闭环极点怎样变化？④ T一定K增大时，系统的tr和ts怎样变化？闭环极点怎样变化？⑤一界系统一定稳定吗？为什么？⑥结论。
图1 一阶系统仿真实验二二阶系统单位阶跃响应仿真分析1 实验目的：学习利用SIMULINK库中的模块构成二阶系统的方法。
分析二界系统的阻尼系数zhita对系统稳定性的影响。
2 实验方法：利用SIMULINK建立系统结构图。
见图2。
3 实验内容：选择适当的仿真模块构成上述系统。
令Wn=1。
别选取zhita=1.5>1(过阻尼)、zhita=1(临界阻尼)、0<zhita=0.3<1(欠阻尼)、zhita=0(无阻尼振荡)、-1<zhita=-0.25<0(发散振荡)、 -1<zhita=-1.5(单调发散)，观察系统的单位阶跃响应曲线。
4 实验步骤：启动计算机，运行Matlab软件，启动Simulink程序，按照内容要求组装控制系统，做好实验准备。
5 实验结果分析及结论：①zhita〉1，zhita=1，0<zhita<1，zhita=0，-1<zhita<0时，系统的闭环极点在S平面的位置如何？系统处于何种状态？② zhita=-1时，系统的单位阶跃响应曲线的走向如何？③结论。
武汉大学《自动控制原理》实验报告
2016～2017学年第一学期《自动控制原理》实验报告年级：2014级班号：姓名：He 学号：成绩：教师：实验设备及编号：实验同组人名单：实验地点：电气工程学院自动控制原理实验室实验时间：2016年10月目录：实验一典型环节的电路模拟 (3)一、实验目的 (3)二、实验内容 (3)三、实验电路图及参数 (3)四、实验分析 (10)五、实验思考题 (11)实验二二阶系统的瞬态响应 (12)一、实验目的 (12)二、实验设备 (12)三、实验电路图及其传递函数 (12)四、实验结果及相应参数 (14)五、实验分析 (16)六、实验思考题 (16)实验五典型环节和系统频率特性的测量 (17)一、实验目的 (17)二、实验设备 (17)三、传递函数.模拟电路图及波特图 (17)四、实验思考题 (22)实验六线性定常系统的串联校正 (24)一、实验目的 (24)二、实验设备 (24)三、实验电路图及其实验结果 (24)四、实验分析 (28)五、实验思考题 (28)实验七单闭环直流调速系统 (29)一、实验目的 (29)二、实验设备 (29)三、PID参数记录表及其对应图像 (30)四、PID控制参数对直流电机运行的影响 (37)实验一典型环节的电路模拟一、实验目的1．熟悉THKKL-B 型模块化自控原理实验系统及“自控原理软件”的使用；2．熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；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。
三、实验电路图及参数1．比例（P）环节比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。
它的传递函数与方框图分别为：图1-1 比例环节的模拟电路图中后一个单元为反相器，其中R0=200k。
当U i(S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K 时的响应曲线如图1-2 所示。
自动控制原理_实验报告
一、实验目的1. 理解自动控制系统的基本概念和组成；2. 掌握典型环节的传递函数和响应特性；3. 熟悉PID控制器的原理和参数整定方法；4. 通过实验验证理论知识的正确性，提高实际操作能力。
二、实验设备1. 自动控制原理实验箱；2. 示波器；3. 数字多用表；4. 个人电脑；5. 实验指导书。
三、实验原理自动控制系统是一种根据给定输入信号自动调节输出信号的系统。
它主要由控制器、被控对象和反馈环节组成。
控制器根据被控对象的输出信号与给定信号的偏差，通过调节控制器的输出信号来改变被控对象的输入信号，从而实现对被控对象的控制。
1. 典型环节（1）比例环节：比例环节的传递函数为G(s) = K，其中K为比例系数。
比例环节的响应特性为输出信号与输入信号成线性关系。
（2）积分环节：积分环节的传递函数为G(s) = 1/s，其中s为复频域变量。
积分环节的响应特性为输出信号随时间逐渐逼近输入信号。
（3）比例积分环节：比例积分环节的传递函数为G(s) = K(1 + 1/s)，其中K为比例系数。
比例积分环节的响应特性为输出信号在比例环节的基础上，逐渐逼近输入信号。
2. PID控制器PID控制器是一种常用的控制器，其传递函数为G(s) = Kp + Ki/s + Kd(s/s^2)，其中Kp、Ki、Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数。
PID控制器可以实现对系统的快速、稳定和精确控制。
四、实验内容及步骤1. 实验一：典型环节的阶跃响应（1）搭建比例环节电路，观察并记录输出信号随时间的变化曲线；（2）搭建积分环节电路，观察并记录输出信号随时间的变化曲线；（3）搭建比例积分环节电路，观察并记录输出信号随时间的变化曲线。
2. 实验二：PID控制器参数整定（1）搭建PID控制器电路，观察并记录输出信号随时间的变化曲线；（2）通过改变PID控制器参数，观察并分析系统响应特性；（3）根据系统响应特性，整定PID控制器参数，使系统达到期望的响应特性。
《自动控制原理》实验报告-MATLAB分析与设计仿真
兰州理工大学《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告院系：电信学院班级：姓名：学号：时间：2010 年11 月22 日电气工程与信息工程学院《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验任务书（2010）一．仿真实验内容及要求：1．MATLAB软件要求学生通过课余时间自学掌握MATLAB软件的基本数值运算、基本符号运算、基本程序设计方法及常用的图形命令操作；熟悉MATLAB仿真集成环境Simulink的使用。
2．各章节实验内容及要求1）第三章线性系统的时域分析法•对教材P136.3-5系统进行动态性能仿真，并与忽略闭环零点的系统动态性能进行比较，分析仿真结果；•对教材P136.3-9系统的动态性能及稳态性能通过的仿真进行分析，说明不同控制器的作用；•在MATLAB环境下完成英文讲义P153.E3.3。
•对英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”，在100=K时，试采a用微分反馈使系统的性能满足给定的设计指标。
2）第四章线性系统的根轨迹法•在MATLAB环境下完成英文讲义P157.E4.5；•利用MATLAB绘制教材P181.4-5-(3）；•在MATLAB环境下选择完成教材第四章习题4-10或4-18，并对结果进行分析。
3）第五章线性系统的频域分析法利用MATLAB绘制本章作业中任意2个习题的频域特性曲线；4）第六章线性系统的校正利用MATLAB选择设计本章作业中至少2个习题的控制器，并利用系统的单位阶跃响应说明所设计控制器的功能。
5）第七章线性离散系统的分析与校正•利用MATLAB完成教材P383.7-20的最小拍系统设计及验证。
•利用MATLAB完成教材P385.7-25的控制器的设计及验证。
二．仿真实验时间安排及相关事宜1．依据课程教学大纲要求，仿真实验共6学时，教师可随课程进度安排上机时间，学生须在实验之前做好相应的准备，以确保在有限的机时内完成仿真实验要求的内容；2．实验完成后按规定完成相关的仿真实验报告；3．仿真实验报告请参照有关样本制作并打印装订；4．仿真实验报告必须在本学期第15学周结束之前上交授课教师。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
中国地质大学江城学院《自动控制原理》仿真实验报告
姓名吴丽芳
班级数控（2）班
学号2520110228
指导教师祁锋
2013年12月9 日
目录
实验一 MATLAB软件的安装与认知
实验二使用软件进行数值运算和绘图
实验三采用SIMULINK仿真模块进行系统性能分析
实验一 MATLAB软件的认识
一、实验目的
MATLAB软件是具有数值分析、矩阵运算、复杂的信息处理和完美的图形显示等多种功能的软件包，它具有许多专门用途的工具箱，进一步扩展了MATLAB 的应用领域，使其在自动控制系统的分析和设计方面获得广泛的应用。
1、熟悉启动和退出MATLAB软件的方法；
2、熟悉MATLAB软件的运行环境；
3、熟悉MATLAB软件的基本操作；
4、掌握建立矩阵的方法；
5、掌握熟悉MATLAB软件各种表达式的书写规则以及常用函数的使用；
6、能够进行基本的数组、矩阵运算。
二、实验内容
熟悉MATLAB软件的各个工具箱、指令及常用工具，掌握数值的表示方法、运算符的使用规则及运算表达式的写法。
三、分析讨论题
1、MATLAB软件有哪些常用指令？有哪些专用工具箱？
help elfun %列出所有基本函数。
lookfor image 查找有关图像的函数和命令。
几个常用的通用命令。
quit 关闭MATLAB
exit 关闭MATLAB
clc 清除MATLAB命令窗口中的所有显示内容
clear 清除工作空间中保存的所有变量
Matlab Main Toolbox——matlab主工具箱
Control System Toolbox——控制系统工具箱
Communication Toolbox——通讯工具箱
Financial Toolbox——财政金融工具箱
System Identification Toolbox——系统辨识工具箱
Fuzzy Logic Toolbox——模糊逻辑工具箱
Neural Network Toolbox——神经网络工具箱
Optimization Toolbox——优化工具箱
Partial Differential Toolbox——偏微分方程工具箱
Robust Control Toolbox——鲁棒控制工具箱
Signal Processing Toolbox——信号处理工具箱
Spline Toolbox——样条工具箱
Statistics Toolbox——统计工具箱
Symbolic Math Toolbox——符号数学工具箱
Simulink Toolbox——动态仿真工具箱
Wavele Toolbox——小波工具箱
2、用举例的方法说明数值的表示方法是怎样的？
MATLAB的数值采用十进制，可以带小数点或负号。
以下表示都合法
0 -100 0.0008 12.752 1.8e-6 8.2e52
3、变量命名的规定。
MATLAB变量命名的规则是：
①以字母开头，后面可以跟字母、数字或下划线。
②不超过31个字符。
③字符间不可以留空格。
④区分大小写。
实验二使用软件进行数值运算和绘图
一、实验目的
1.掌握熟悉MATLAB软件各种表达式的书写规则以及常用函数的使用；
2.能够进行基本的数组、矩阵运算；
3.应用MATLAB软件绘制二维图线。
二、实验内容
掌握应用MATLAB软件进行数值运算的方法并能绘制二维图线。
三、实验步骤及运算结果
1.应用MATLAB软件求23
-
⨯
+的运算过程及结果。
[÷
4
12
7(
)]
2
>> [12+2*(7-4)]/3^2
ans =
2
2. 求下列表达式的值，并写出运算过程及结果。
21185sin 2e z o
+=，)1ln(2122x x z ++=，其中⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=545
.0212i x >> z1=2*sind(85)/(1+exp(2))
z1 =
0.2375
>> x=[2 1+2i;-0.45 5]
x =
2.0000 1.0000 + 2.0000i
-0.4500 5.0000
>> z2=log(1+sqrt(1+x^2))/2
z2 =
0.5738 - 0.0333i 0.7952 + 0.2117i
0.2869 + 0.4861i 0.9005 - 0.0073i
3.绘制二个周期内的正弦、余弦曲线，时间取样间隔为0.1，取样长度为 4。
写出运行指令及显示绘图结果。
>> x=0:0.1:4*pi;
>> y1=sin(x);
>> y2=cos(x);
>> plot(x,y1,x,y2)
>>
实验三 采用SIMULINK 仿真模块进行系统性能分析
一、实验目的
1．掌握应用MATLAB 软件进行传递函数的变换；
2．掌握应用MATLAB 软件求取输出量对时间的响应；
3、能够采用SIMULINK 仿真模块建立系统模型并进行系统仿真；
4、掌握采用SIMULINK 仿真模块进行系统性能分析的方法。
二、实验内容
通过实例练习掌握MATLAB 软件在自动控制系统中的应用及性能分析方法，重点是能够采用SIMULINK 仿真模块建立系统模型并进行系统仿真分析。
三、系统仿真及性能分析
1、计算并绘制下列传递函数的阶跃响应（0=t 至10=t ）
10
210)(2++=s s s G >> num=10;den=[1,2,10];
>> t=[0:0.1:10];y=step(num,den,t);
>> plot(t,y) >>
2、采用SIMULINK 仿真模块对下列系统建立模型，并进行系统仿真分析（求其单位阶跃响应曲线）。
绘制系统仿真模型及仿真输出结果显示。
)
1005.0)(101.0)(12.0(35)(+++=s s s s s G。