实验二 典型系统动态性能和稳定性分析
华南农业大学自动控制实验三典型三阶系统动态性能和稳定性分析
题 目实验三 典型三阶系统动态性能和稳定性分析年级专业班级组别姓名（学号）日期实验三 典型三阶系统动态性能和稳定性分析一、实验目的1．学习和掌握三阶系统动态性能指标的测试方法。
2．观察不同参数下典型三阶系统的阶跃响应曲线。
3. 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、实验原理任何一个给定的线性控制系统，都可以分解为若干个典型环节的组合。
将每个典型环节的模拟电路按系统的方框图连接起来，就得到控制系统的模拟电路图。
典型三阶系统的结构图如图25所示：图25 典型三阶系统的结构图其开环传递函数为23()(1)(1)K G s S T s T s =++，其中1234K K KK T =，三阶系统的模拟电路如图26所示：题目实验三典型三阶系统动态性能和稳定性分析年级专业班级组别姓名（学号）日期图26三阶闭环系统模拟电路图模拟电路的各环节参数代入G(s)中，该电路的开环传递函数为：SSSKSSSKSG++=++=236.005.0)15.0)(11.0()(该电路的闭环传递函数为：KSSSKKSSSKS+++=+++=236.005.0)15.0)(11.0()(φ闭环系统的特征方程为：06.005.0,0)(123=+++⇒=+KSSSSG特征方程标准式：032213=+++aSaSaSa根据特征方程的系数，建立得Routh行列表为：6.005.06.06.0105.012331321131223KSKSKSSaSaaaaaSaaSaaS-⇒-为了保证系统稳定，劳斯表中的第一列的系数的符号都应相同，所以由ROUTH 稳定判据判断，得系统的临界稳定增益K=12。
⎪⎩⎪⎨⎧>>-6.005.06.0KK题目实验三典型三阶系统动态性能和稳定性分析年级专业班级组别姓名（学号）日期即：⎪⎩⎪⎨⎧<⇒>=⇒=Ω>⇒<<系统不稳定系统临界稳定系统稳定41.7KΩR12K41.7KΩR12K7.4112KKR三、实验步骤1、按照实验原理图接线，设计三阶系统的模拟电路2、改变RX的取值，利用上位机软件仿真功能，获取三阶系统各种工况阶跃响应曲线。
机械工程控制基础实验指导书
《机械工程控制基础》实验指导书青岛科技大学前言机械工程控制基础是针对过程装备与控制工程专业而开设的一门专业基础课，主要讲解自动控制原理的主要内容，是一门理论性较强的课程，为了帮助学生学好这门课，能够更好的理解理论知识，在课堂教学的基础上增加了该实验环节。
《机械工程控制基础》实验指导书共编写了4个实验，有实验一、典型环节模拟研究实验二、典型系统动态性能和稳定性分析实验三、控制系统的频率特性分析实验四、调节器参数对系统调节质量的影响《机械工程控制基础》实验指导书的编写主要依据“控制工程基础”教材的内容，结合本课程教学大纲的要求进行编写。
利用计算机和MATLAB程序完成实验。
注：1）每个实验的实验报告均由5部分组成，最后一部分“实验数据分析”或“思考题”必须写。
2）每个实验所记录的图形均需标出横轴和纵轴上的关键坐标点。
目录实验一典型环节模拟研究 (4)一、实验目的二、实验要求三、实验原理四、实验内容及步骤五、实验报告要求实验二典型系统动态性能和稳定性分析 (7)一、实验目的二、实验要求三、实验原理四、实验内容及步骤五、实验报告要求实验三控制系统的频率特性分析 (9)一、实验目的二、实验要求三、实验原理四、实验内容及步骤五、实验报告要求实验四调节器参数对系统调节质量的影响 (11)一、实验目的二、实验要求三、实验原理四、实验内容及步骤五、实验报告要求附录一：MATLAB6.5的使用 (13)实验一典型环节模拟研究一、实验目的1．熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线2．了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验要求1．观测并记录各种典型环节的阶跃响应曲线2．观测参数变化对典型环节阶跃响应的影响，测试并记录相应的曲线三、实验原理1．惯性环节（一阶环节），如图1-1所示。
(a) 只观测输出曲线(b) 可观测输入、输出两条曲线图1-1 惯性环节原理图2．二阶环节，如图1-2所示。
或图1-2 二阶环节原理图3．积分环节，如图1-3所示。
求二阶系统的稳态输出[5篇]
![求二阶系统的稳态输出[5篇]](https://img.taocdn.com/s3/m/db0b7908c381e53a580216fc700abb68a982ad21.png)
求二阶系统的稳态输出[5篇]以下是网友分享的关于求二阶系统的稳态输出的资料5篇，希望对您有所帮助，就爱阅读感谢您的支持。
第1篇实验十二二阶系统的稳态性能研究实验原理1. 对实验所使用的系统进行分析为系统建模时，需要考虑各个环节的时间常数，应远小于输入正负方波的周期，只有在响应已经非常近稳定的时候才能将此时的值认为是稳态值。
N(s)E ss当r(t)=1(t)、n(t)=0时，单位阶跃响应的误差为：1110 0.01s +1 210=lim (s∙∙) =lim =s →0s →01+随开环增益的增大，稳态误差渐渐变小。
当r(t)=0、n(t)=1(t)时，单位阶跃响应的误差为：E ss1111=lim (s∙∙) ==s →01+1+随开环增益的增大，稳态误差渐渐变小。
当r(t)=0、n(t)=1(t)时，扰动位于开环增益之前的时候，单位阶跃响应的误差为：10+R 10+R110+R E ss =lim (s∙∙) ==s →01+1+随开环增益的增大，稳态误差渐渐增大。
当r(t)=1(t)、n(t)=0，A 3(s)为积分环节时，单位阶跃响应的误差为：11E ss =lim (s∙∙s →01+10 0.01s +1 ×0.01s=lim =0 s →0实验目的1、进一步通过实验了解稳态误差与系统结构、参数及输入信号的关系：（1）了解不同典型输入信号对于同一个系统所产生的稳态误差；（2）了解一个典型输入信号对不同类型系统所产生的稳态误差；（3）研究系统的开环增益K 对稳态误差的影响。
2、了解扰动信号对系统类型和稳态误差的影响。
3、研究减小直至消除稳态误差的措施。
实验步骤阶跃响应的稳态误差：（1）当r(t)=1(t)、n(t)=0时，A 1(s)，A 3(s)为惯性环节，A 2(s)为比例环节，观察系统的输出C(t)和稳态误差e ss ，并记录开环放大系数Ｋ的变化对二阶系统输出和稳态误差的影响。
自动控制原理实验——二阶系统的动态过程分析
实验二二阶系统的动态过程分析一、 实验目的1. 掌握二阶控制系统的电路模拟方法及其动态性能指标的测试技术。
2. 定量分析二阶系统的阻尼比ξ和无阻尼自然频率n ω对系统动态性能的影响。
3. 加深理解“线性系统的稳定性只与其结构和参数有关，而与外作用无关”的性质。
4. 了解和学习二阶控制系统及其阶跃响应的Matlab 仿真和Simulink 实现方法。
二、 实验内容1. 分析典型二阶系统()G s 的ξ和n ω变化时，对系统的阶跃响应的影响。
2. 用实验的方法求解以下问题：设控制系统结构图如图2.1所示，若要求系统具有性能：%20%,1,p p t s σσ===试确定系统参数K 和τ，并计算单位阶跃响应的特征量d t ，r t 和s t 。
图2.1 控制系统的结构图3. 用实验的方法求解以下问题：设控制系统结构图如图2.2所示。
图中，输入信号()r t t θ=，放大器增益AK 分别取13.5，200和1500。
试分别写出系统的误差响应表达式，并估算其性能指标。
图2.2 控制系统的结构图三、实验原理任何一个给定的线性控制系统，都可以分解为若干个典型环节的组合。
将每个典型环节的模拟电路按系统的方块图连接起来，就得到控制系统的模拟电路图。
通常，二阶控制系统222()2nn nG ssωξωω=++可以分解为一个比例环节、一个惯性环节和一个积分环节，其结构原理如图 2.3所示，对应的模拟电路图如图2.4所示。
图2.3 二阶系统的结构原理图图2.4 二阶系统的模拟电路原理图图2.4中：()(),()()r cu t r t u t c t==-。
比例常数（增益系数）21RKR=，惯性时间常数131T R C=，积分时间常数242T R C=。
其闭环传递函数为：12221112()1()(1)crKU s TTKKU s T s T s K s sT TT==++++(0.1) 又：二阶控制系统的特性由两个参数来描述，即系统的阻尼比ξ和无阻尼自然频率n ω。
【自控原理实验】实验二 典型系统动态性能和稳定性分析
实验二典型系统动态性能和稳定性分析一．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。
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（出厂已调好，无需调节）。
信号输出采用U3单元的O1、信号检测采用U3单元的I1、锁零接U3单元的G1。
2．利用实验设备观测该二阶系统模拟电路的阶跃特性，并测出其超调量和调节时间。
3．改变该二阶系统模拟电路的参数，观测参数对系统动态性能的影响。
4．利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录中的图2.2.1和图2.2.2，设计并连接由一个积分环节和两个惯性环节组成的三阶闭环系统的模拟电路（如用U9、U15、U11、U10和U8连成）。
5．利用实验设备观测该三阶系统模拟电路的阶跃特性，并测出其超调量和调节时间。
6．改变该三阶系统模拟电路的参数，观测参数对系统稳定性与动态指标的影响。
7．分析实验结果，完成实验报告。
软件界面上的操作步骤如下：①按通道接线情况:通过上位机界面中“通道选择”选择I1、I2路A/D通道作为被测环节的检测端口,选择D/A通道的O1（“测试信号1”）作为被测对象的信号发生端口.不同的通道,图形显示控件中波形的颜色将不同。
②硬件接线完毕后,检查USB口通讯连线和实验箱电源后，运行上位机软件程序,如果有问题请求指导教师帮助。
③进入实验模式后，先对显示模式进行设置：选择“X-t 模式”；选择“T/DIV ”为1s/1HZ 。
自动控制原理实验二系统的动态性能与稳态研究
自动控制原理实验二系统的动态性能与稳态研究系统的动态性能与稳态是自动控制原理中的重要概念，对于系统的分析和设计具有重要意义。
本实验将通过实际的控制系统，研究动态性能与稳态的相关特性。
实验目的：1.理解系统的动态性能和稳态的概念。
2.通过实验研究不同参数对系统动态性能和稳态的影响。
3.掌握如何调节参数以改善系统的动态性能和稳态。
实验器材：1.控制系统实验装置。
2.控制器。
3.传感器。
4.计算机及相关软件。
实验步骤：1.将控制系统实验装置连接好，包括传感器和执行器。
2.设置基本的控制系统参数，如比例增益、积分时间和微分时间。
3.对系统进行稳态分析，记录输出信号的稳定值。
4.通过改变控制器的参数，观察系统的动态响应特性。
例如，改变比例增益，观察系统的超调量和调节时间的变化。
5.改变积分时间和微分时间，观察系统的超调量和调节时间的变化。
6.对不同参数组合进行实验，总结参数与系统性能之间的关系。
实验结果：通过实验可以得到一些重要的结论：1.比例增益的增大可以减小超调量，但同时也可能引起系统的震荡。
2.积分时间的增大可以减小偏差，但也可能导致系统的不稳定。
3.微分时间的增大可以提高系统的稳定性，但也可能引起系统的震荡。
实验结论：本实验通过实际的控制系统，研究了动态性能和稳态的相关特性。
通过改变控制器的参数，可以调节系统的动态性能和稳态。
在实际应用中，需要根据具体的控制要求，选择合适的参数组合，以达到系统的稳定性和性能要求。
实验结果对于掌握自动控制原理中的动态性能和稳态概念，以及参数调节方法具有重要意义。
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。
泵控马达实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解泵控马达的工作原理和系统结构。
2. 掌握泵控马达的调速控制方法。
3. 分析泵控马达在不同工况下的性能表现。
4. 评估泵控马达系统的稳定性和鲁棒性。
二、实验原理泵控马达系统由定量泵、变量马达、控制阀和执行机构组成。
通过调节定量泵的排量，实现变量马达的转速控制。
当定量泵的排量与变量马达的排量相等时，系统达到稳态，转速保持恒定。
三、实验设备1. 泵控马达实验平台2. 变频器3. 数据采集器4. 控制软件四、实验步骤1. 系统初始化：连接实验平台各部分，打开控制软件，设置实验参数。
2. 稳态实验：调整变频器输出频率，使系统达到稳态，记录转速、流量、压力等数据。
3. 变转速实验：逐步改变变频器输出频率，观察系统转速、流量、压力等参数的变化。
4. 负载实验：在系统达到稳态后，逐步增加负载，观察系统转速、流量、压力等参数的变化。
5. 控制策略实验：改变控制策略，观察系统性能的变化。
五、实验结果与分析1. 稳态实验：实验结果表明，系统在稳态时转速、流量、压力等参数基本稳定，符合预期。
2. 变转速实验：实验结果表明，随着变频器输出频率的增加，系统转速逐渐升高，流量和压力也随之增加。
3. 负载实验：实验结果表明，在系统达到稳态后，增加负载会导致转速下降，流量和压力增加。
4. 控制策略实验：实验结果表明，不同的控制策略对系统性能有显著影响。
例如，采用前馈补偿控制可以有效地提高系统的鲁棒性和稳定性。
六、结论1. 泵控马达系统具有调速范围广、响应速度快、控制精度高等优点。
2. 通过实验验证了不同工况下泵控马达系统的性能表现。
3. 前馈补偿控制等控制策略可以有效地提高泵控马达系统的稳定性和鲁棒性。
七、实验心得通过本次实验，我对泵控马达系统有了更深入的了解，掌握了泵控马达的调速控制方法，并学会了如何分析系统性能。
同时，实验过程中也遇到了一些问题，如系统稳定性不足、响应速度较慢等，通过查阅资料和请教老师，最终找到了解决方法。
最新典型系统动态性能和稳定性分析的电路模拟
典型系统动态性能和稳定性分析的电路模拟典型系统动态性能和稳定性分析的电路模拟一、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。
三、实验步骤1、熟悉实验设备，设计并连接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；2、利用实验设备观测二阶系统模拟电路的阶跃特性，并测出其超调量和调节时间；3、改变该二阶系统模拟电路的参数，观测参数对系统动态性能的影响，并记录不同参数下的系统输出曲线。
1.开环传递函数为323()232k W s s s s =+++ den=[1,2,3,2]; roots(den)%开换极点 G=tf(3,[1,2,3,2]);[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G) nyquist(G) bode(G) grid onden=[1,2,3,2]; roots(den)%开换极点ans =-0.5000 + 1.3229i -0.5000 - 1.3229i -1.0000-1.5-1-0.500.51 1.5-1.5-1-0.50.511.5Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i sM a g n i t u d e (d B )10-210-110101102P h a s e (d e g )Bode DiagramFrequency (rad/sec)G=tf(3,[1,2,3,2]);[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G)Gm =1.3338Pm =17.1340Wcg =1.7323Wcp =1.5599-3-2-10123-3-2-1123Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i s-100-80-60-40-20020M a g n i t u d e (d B)10-210-110101102-270-180-90P h a s e (d e g )Bode DiagramFrequency (rad/sec)G=tf(6,[1,2,3,2]);[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G)Warning: The closed-loop system is unstable. > In lti.margin at 89Gm =0.6669Pm =-16.6613Wcg =1.7323Wcp =1.96822.将系统的开环传函改为323()(232)k W s s s s s =+++den=[1,2,3,2,0]; roots(den)%开换极点ans =-0.5000 + 1.3229i -0.5000 - 1.3229i-1.0000-2.5-2-1.5-1-0.500.5-30-20-10102030Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i s-150-100-50050100M a g n i t u d e (d B)1010101010-360-270-180-90P h a s e (d e g )Bode DiagramFrequency (rad/sec)G=tf(3,[1,2,3,2,0]);[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G)Warning: The closed-loop system is unstable.> In lti.margin at 89Gm =0.6667Pm =-43.5555Wcg =1.0000Wcp =1.3325将系统的开环传函改为323()(232)k W s s s s s =+++-4.5-4-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.500.5-60-40-20204060Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i s-150-100-50050100M a g n i t u d e (d B)10-210-110101102-360-270-180-90P h a s e (d e g )Bode DiagramFrequency (rad/sec)G=tf(6,[1,2,3,2,0]);[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G)Warning: The closed-loop system is unstable. > In lti.margin at 89Gm =0.3333Pm =-84.3432Wcg =1.0000Wcp =1.6697>> >> 3.2323()(232)k W s s s s s =+++den=[1,2,3,2,0,0]; roots(den)%开换极点ans =0 0-0.5000 + 1.3229i -0.5000 - 1.3229i -1.0000-600-500-400-300-200-1000100-50-40-30-20-1001020304050Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i sM a g n i t u d e (d B )10-210-1100101102P h a s e (d e g )Bode DiagramFrequency (rad/sec)G=tf(3,[1,2,3,2,0,0]);[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G)Warning: The closed-loop system is unstable.> In lti.margin at 89Gm =InfPm =-115.6441Wcg =NaNWcp =-1200-1000-800-600-400-2000200-100-80-60-40-20020406080100Nyquist DiagramReal AxisI m a g i n a r y A x i sM a g n i t u d e (d B )1010101010P h a s e (d e g )Bode DiagramFrequency (rad/sec)G=tf(6,[1,2,3,2,0,0]);[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G)Warning: The closed-loop system is unstable.> In lti.margin at 89 Gm =InfPm =-154.5325Wcg =NaNWcp =1.4900>>RFFNVUUH。
实验二 二阶系统的动态特性与稳定性分析.
自动控制原理实验报告实验名称：二阶系统的动态特性与稳定性分析班级：姓名：学号：实验二 二阶系统的动态特性与稳定性分析一、实验目的1、 掌握二阶系统的电路模拟方法及其动态性能指标的测试技术过阻尼、临界阻尼、欠阻尼状态2、 分析二阶系统特征参量（ξω，n ）对系统动态性能的影响；3、 分析系统参数变化对系统稳定性的影响，加深理解“线性系统稳定性至于其结构和参数有关，与外作用无关”的性质；4、 了解掌握典型三阶系统的稳定状态、临界稳定、不稳定状态；5、 学习二阶控制系统及其阶跃响应的Matlab 仿真和simulink 实现方法。
二、实验内容1、 构成各二阶控制系统模拟电路，计算传递函数，明确各参数物理意义。
2、 用Matlab 和simulink 仿真，分析其阶跃响应动态性能，得出性能指标。
3、 搭建典型二阶系统，观测各个参数下的阶跃响应曲线，并记录阶跃响应曲线的超调量%σ、峰值时间tp 以及调节时间ts ，研究其参数变化对典型二阶系统动态性能和稳定性的影响；4、 搭建典型三阶系统，观测各个参数下的阶跃响应曲线，并记录阶跃响应曲线的超调量%σ、峰值时间tp 以及调节时间ts ，研究其参数变化对典型三阶系统动态性能和稳定性的影响；5、 将软件仿真结果与模拟电路观测的结果做比较。
三、实验步骤1、 二阶系统的模拟电路实现原理 将二阶系统：ωωξω22)(22nn s G s s n++=可分解为一个比例环节，一个惯性环节和一个积分环节ωωξω)()()()(2C C C C s C C 22262154232154232154215426316320nn s s s s s G s s s C R R R R R R R R R R R R C R R R R R R R R R U U n i ++=++=++== 2、 研究特征参量ξ对二阶系统性能的影响将二阶系统固有频率5.12n =ω保持不变，测试阻尼系数ξ不同时系统的特性，搭建模拟电路，改变电阻R6可改变ξ的值当R6=50K 时，二阶系统阻尼系数ξ=0.8 当R6=100K 时，二阶系统阻尼系数ξ=0.4 当R6=200K 时，二阶系统阻尼系数ξ=0.2（1）用Matlab 软件仿真实现二阶系统的阶跃响应，计算超调量%σ、峰值时间tp 以及调节时间ts 。
自动控制原理实验报告(实验一,二,三)分析
自动控制原理实验报告实验名称：线性系统的时域分析线性系统的频域分析线性系统的校正与状态反馈班级：学号：姓名：指导老师：2013 年12 月15日典型环节的模拟研究一. 实验目的1．了解和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．实验内容及步骤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.。
改变被测环节的各项电路参数，画出模拟电路图，阶跃响应曲线，观测结果，填入实验报告运行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中的相应实验项目，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。
图3-1-1 典型比例环节模拟电路传递函数：01(S)(S)(S)R R K KU U G i O === ； 单位阶跃响应： K )t (U = 实验步骤：注：‘S ST ’用短路套短接！（1）将函数发生器（B5）所产生的周期性矩形波信号（OUT ），作为系统的信号输入（Ui ）；该信号为零输出时，将自动对模拟电路锁零。
① 在显示与功能选择（D1）单元中，通过波形选择按键选中矩形波’（矩形波指示灯亮）。
② 量程选择开关S2置下档，调节“设定电位器1”，使之矩形波宽度＞1秒（D1单元左显示）。
③ 调节B5单元的“矩形波调幅”电位器使矩形波输出电压= 4V （D1单元‘右显示）。
（2）构造模拟电路：按图3-1-1安置短路套及测孔联线，表如下。
（a ）安置短路套 （b ）测孔联线（3）运行、观察、记录：打开虚拟示波器的界面，点击开始，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+4V 阶跃），观测A5B 输出端（Uo ）的实际响应曲线。
典型系统动态性能和稳定性分析
实验二 典型系统动态性能和稳定性分析一．实验目的：l 、学习和掌握动态性能指标的测试方法(如.σ s t p t n 等)。
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：l 、观测不同参数下二阶、三阶系统的阶跃响应，测试出时域性能指标(如.σ s t p t n 等)，并分析其参数变化对动态性能和稳定性的影响。
2. 观测增益对三阶系统稳定性的影响，找出临界稳定的增益值。
三. 实验原理：二阶系统，如图(2-1)所示：图（2-1）三阶系统，如图(2-2)所示：图（2-2）四．实验步骤：利用MATLAB 中的Simulink 仿真软件。
l. 典型二阶系统瞬态响应指标的测试。
(1) 参考实验一，建立如图(2-1)所示的实验方块图进行仿真。
(2) 单击工具栏中的 图标，开始仿真，观测在阶跃输入信号下，典型二阶系统的输出值)(0t U 。
根据输出波形)(0t U 调整“Gain ”模块的增益，使)(0t U 的波形呈现衰减比n:1分别为4:1和10:1时的衰减振荡状态。
然后记录超调量σ，峰值时间p t ，上升时间r t ，调节时间s t 及此时的增益值，分析系统参数对动态性能的影响。
(3) 调整“Gain ”模块的增益，使)(0t U 呈现临界振荡时的波形，记录此时“Gain ”模块的增益值，与计算的理论值相比较。
2. 典型三阶系统瞬态响应指标的测试及稳定性分析。
(1) 在典型二阶系统实验方块图的基础上，将对象串联一个惯性环节，重新连接模块，建立如图(2-2)所示的实验方块图进行仿真。
(2) 单击工具栏中的图标，开始仿真，观测阶跃输入信号下典型三阶系统的输出值)(0t U ，根据)(0t U 的波形，调整“Gain ”模块的增益，使)(0t U 的波形呈现2:1衰减振荡状态。
然后记录超调量σ，峰值时间p t ，上升时间r t ，调节时间s t 及此时的“Gain ”模块的增益值，分析系统参数对动态性能的影响。
实验二二阶系统地动态特性与稳定性分析报告
自动控制原理实验报告实验名称：二阶系统的动态特性与稳定性分析班级：姓名：学号：实验二 二阶系统的动态特性与稳定性分析一、实验目的1、 掌握二阶系统的电路模拟方法及其动态性能指标的测试技术过阻尼、临界阻尼、欠阻尼状态2、 分析二阶系统特征参量（ξω，n ）对系统动态性能的影响；3、 分析系统参数变化对系统稳定性的影响，加深理解“线性系统稳定性至于其结构和参数有关，与外作用无关”的性质；4、 了解掌握典型三阶系统的稳定状态、临界稳定、不稳定状态；5、 学习二阶控制系统及其阶跃响应的Matlab 仿真和simulink 实现方法。
二、实验内容1、 构成各二阶控制系统模拟电路，计算传递函数，明确各参数物理意义。
2、 用Matlab 和simulink 仿真，分析其阶跃响应动态性能，得出性能指标。
3、 搭建典型二阶系统，观测各个参数下的阶跃响应曲线，并记录阶跃响应曲线的超调量%σ、峰值时间tp 以及调节时间ts ，研究其参数变化对典型二阶系统动态性能和稳定性的影响；4、 搭建典型三阶系统，观测各个参数下的阶跃响应曲线，并记录阶跃响应曲线的超调量%σ、峰值时间tp 以及调节时间ts ，研究其参数变化对典型三阶系统动态性能和稳定性的影响；5、 将软件仿真结果与模拟电路观测的结果做比较。
三、实验步骤1、 二阶系统的模拟电路实现原理 将二阶系统：ωωξω22)(22nn s G s s n++=可分解为一个比例环节，一个惯性环节和一个积分环节ωωξω221)()()()(2C C C C s C C 222621542321542322154215426316320nn s s s s s G s s s C R R R R R R R R R R R R C R R R R R R R R R U U n i ++=++=++== 2、 研究特征参量ξ对二阶系统性能的影响将二阶系统固有频率5.12n =ω保持不变，测试阻尼系数ξ不同时系统的特性，搭建模拟电路，改变电阻R6可改变ξ的值 当R6=50K 时，二阶系统阻尼系数ξ=0.8 当R6=100K 时，二阶系统阻尼系数ξ=0.4 当R6=200K 时，二阶系统阻尼系数ξ=0.2（1）用Matlab 软件仿真实现二阶系统的阶跃响应，计算超调量%σ、峰值时间tp 以及调节时间ts 。
二阶系统的阶跃响应与线性系统的稳定性和稳态误差分析.
二阶系统的阶跃响应一：实验目的1． 学习二阶系统阶跃响应曲线的实验测试方法2． 研究二阶系统的两个重要的参数对阶跃瞬态响应指标的影响 二：实验设备带有自动控制仿真软件matlab 软件的计算机 三：实验原理典型二阶系统的结构图如图所示。
不难求得其闭环传递函数为2222)()()(n n n B s s R s Y s G ωζωω++==其特征根方程为222n n s ωζω++=0 方程的特征根: 222nn s ωζω++=0))(()1)(1(2121=--=++s s s s T s T s 式中,ζ称为阻尼比;n ω称为无阻尼自然振荡角频率(一般为固有的)。
当ζ为不同值时，所对应的单位阶跃响应有不同的形式。
四：实验内容研究特征参量ζ和n ω对二阶系统性能的影响标准二阶系统的闭环传递函数为：2222)()(nn n s s s R s C ωζωω++=二阶系统的单位阶跃响应在不同的特征参量下有不同的响应曲线。
我们研究ζ对二阶系统性能的影响，设定无阻尼自然振荡频率)/(1s rad n =ω，考虑3种不同的ζ值：ζ=0.2,0.4,1，利用MATLAB 对每一种ζ求取单位阶跃响应曲线，分析参数ζ对系统的影响。
五：仿真程序和结果图1、二阶系统阶跃响应曲线 程序 for j=1:1:3kais=[0.2,0.4,1]; w=[1/0.47,1/1,1/1.47]; subplot(3,1,j) hold on for i=1:3 num=w(j)^2;den=[1,2*kais(i)*w(j),w(j)^2]step(num,den);grid on end hold off end 结果图σ%n ω0.2 0.4 11/0.47 1/1 1/1.47ζζ2、变换ζ和ω的值：nfor j=1:1:3kais=[0.2,0.4,1];w=[1/0.47,1/1,1/1.47];subplot(3,1,j)hold onfor i=1:3num=w(i)^2;den=[1,2*kais(j)*w(i),w(i)^2]step(num,den);grid onendhold offend3、增加一组ζ值：for j=1:1:3kais=[0,0.2,0.4,1];w=[1/0.47,1/1,1/1.47];subplot(3,1,j)hold onfor i=1:4num=w(j)^2;den=[1,2*kais(i)*w(j),w(j)^2]step(num,den);grid onendhold offend结果图：分析： σ%n ω0.2 0.4 11/0.47 1/1 1/1.47六：结论与收获 结论： （1） 当0=ζ时，输出响应为等幅振荡。
自动控制实训报告两千字
一、实训目的本次自动控制实训旨在使学生了解自动控制的基本原理和方法，掌握常用控制系统的组成、工作原理和性能特点，培养动手能力、分析问题和解决问题的能力，为后续课程学习和实际应用打下基础。
二、实训内容1. 自动控制基本原理（1）自动控制系统的组成：传感器、控制器、执行器和被控对象。
（2）控制系统的分类：按输入信号分类：开环控制系统和闭环控制系统；按调节对象分类：线性控制系统和非线性控制系统。
2. 常用控制系统的组成与工作原理（1）比例控制：通过改变输入信号的比例来控制输出信号。
（2）比例-积分-微分（PID）控制：结合比例、积分和微分控制，提高控制精度和稳定性。
（3）模糊控制：利用模糊逻辑进行控制，具有较强的鲁棒性和适应性。
（4）神经网络控制：利用神经网络强大的非线性映射能力进行控制。
3. 控制系统性能分析（1）稳定性分析：通过根轨迹、频率响应等方法分析系统的稳定性。
（2）稳态误差分析：通过稳态误差公式计算系统在稳态时的误差。
（3）动态性能分析：通过过渡过程、上升时间、超调量等指标评价系统的动态性能。
三、实训过程1. 实验准备（1）熟悉实验设备、仪器和工具的使用方法。
（2）了解实验原理、步骤和注意事项。
2. 实验步骤（1）搭建实验电路，包括传感器、控制器、执行器和被控对象。
（2）根据实验要求，选择合适的控制算法。
（3）进行系统参数整定，使系统达到预期性能。
（4）观察系统动态响应，记录相关数据。
（5）分析实验结果，验证系统性能。
3. 实验结果与分析（1）实验一：比例控制搭建比例控制系统，观察系统动态响应，记录相关数据。
通过比较理论计算值和实验测量值，验证比例控制系统的性能。
（2）实验二：PID控制搭建PID控制系统，整定系统参数，使系统达到预期性能。
观察系统动态响应，记录相关数据，分析系统稳态误差和动态性能。
（3）实验三：模糊控制搭建模糊控制系统，根据实验要求设计模糊控制器。
整定系统参数，使系统达到预期性能。
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实验二典型系统动态性能和稳定性分析一．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。
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．熟悉实验装置，利用实验装置上的模拟电路单元，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（出厂已调好，无需调节）。
信号输出采用U3单元的O1、信号检测采用U3单元的I1、运放的锁零接U3单元的G1。
2．利用实验设备观测该二阶系统模拟电路的阶跃特性，并测出其超调量和调节时间。
3．改变该二阶系统模拟电路的参数，观测参数对系统动态性能的影响。
4．利用实验装置上的模拟电路单元，参考本实验附录中的图2.2.1和图2.2.2，设计并连接由一个积分环节和两个惯性环节组成的三阶闭环系统的模拟电路（如用U9、U15、U11、U10和U8连成）。
5．利用实验设备观测该三阶系统模拟电路的阶跃特性，并测出其超调量和调节时间。
6．改变该三阶系统模拟电路的参数，观测参数对系统稳定性与动态指标的影响。
7．分析实验结果，完成实验报告。
软件界面上的操作步骤如下：①按通道接线情况:通过上位机界面中“通道选择”选择I1、I2路A/D通道作为被测环节的检测端口,选择D/A通道的O1（“测试信号1”）作为被测对象的信号发生端口.不同的通道,图形显示控件中波形的颜色将不同。
②硬件接线完毕后,检查USB口通讯连线和实验装置电源后，运行上位机软件程序,如果有问题请求指导教师帮助。
③进入实验模式后，先对显示模式进行设置：选择“X-t模式”；选择“T/DIV”为1s/1HZ。
④完成上述实验设置，然后设置实验参数，在界面的右边可以设置系统测试信号参数，择“占空比”为50%，选择“T/DIV”为“1000ms”，选择“幅值”为“3V”，可以根据实验需要调整幅值，以得到较好的实验曲线，将“偏移”设为“0”。
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或系统的时间常数，如仍选择“输入波形占空比”为50%，那么“T/DIV”至少是环节或系统中最大时间常数的6～8倍。
这样，实验中才能观测到阶跃响应的整个过程。
⑤以上设置完成后，按LabVIEW上位机软件中的“RUN”运行图标来运行实验程序，然后点击右边的“启动/停止”按钮来启动实验，动态波形得到显示，直至周期响应过程结束，如上述参数设置合理就可以在主界面图形显示控件中间得到环节的“阶跃响应”。
⑥利用LabVIEW软件中的图形显示控件中光标“Cursor”功能观测实验结果；改变实验装置上环节参数，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。
3．分析实验结果，完成实验报告。
四．实验过程及分析取二阶系统的模拟电路如图2.1.2所示，实验参数取R0＝Rf=200k，R1＝200k，R2＝100k，C1＝1uF，C2＝1uF，R=10k。
Rx为元件库U4单元 (针对使用的是自控实验箱)或者U1单元(针对使用的是自控实验台)的220K可调电阻。
在进行实验连线之前，先将U9单元两个输入端的100K可调电阻均顺时针旋转到底（即调至最大），使电阻R0、Rf均为200K;将U13单元输入端的100K可调电阻顺时针旋转到底（即调至最大），使输入电阻R1的总阻值为200K;C1在U13单元模块上。
将U15单元输入端的100K可调电阻逆时针旋转到底（即调至最小），使输入电阻R2的总阻值为100K;C2位于U15单元上。
U8单元为反相器单元，将U8单元输入端的10K可调电阻逆时针旋转到底（即调至最小），使输入电阻R的总值为10K;注明：所有运放单元的+端所接的100K、10K电阻均已经内部接好，实验时不需外接。
图2.1.2c（t）调节Rx分析二阶系统的三种情况,该系统的阶跃响应如图2.1.3所示：2.1.3a，2.1.3b，2.1.3c分别对应二阶系统在过阻尼，临界阻尼，欠阻尼三种情况下的阶跃响应曲线：打开labview的时域特性程序后，软件界面的参数设置如下:测试信号1：阶跃幅值1：5V（偏移0）频率/周期：2.5s（占空比90%）,运行程序，直接进行实验。
对电路连接图分析可以得到相关参数的表达式T0 = R1C1 ; T1 = RxC2 ;K1 = Rx/R2 ; K = K1/T0 = Rx/R2R1C1根据所连接的电路图的元件参数可以得到其闭环传递函数为其中ωn = 5√2; ξ = √2 * 100000/(2Rx) W(s) = 50/(s^2+1000000/Rx*s +50)因此,调整Rx 的阻值,能够调节闭环传递函数中的阻尼系数,调节系统性能。
当ξ>1时,为过阻尼系统,系统对阶跃响应不超调,响应速度慢,因此有如下的实验曲线。
此时Rx = 220k1）实验图像W(s) = 50/(s^2+4.55s+50)ωn = 5√2; ξ = √2 * 100000/(2Rx)=0.32超调量σ%=A/B=2.7*0.5/9.4*0.5=28.7% 调节时间Ts = 16.4*0.1=1.64S2222)(nn ns s s W ωξωω++=2）仿真分析3）理论计算超调量σ%=e^[- ξπ/(1- ξ^2)^1/2]=34.6% 调节时间Ts=t=3.5/(ωξ)=1.54s·结果记录28.7%1.64s当ξ=1时,为临界阻尼系统,系统对阶跃响应恰好不超调,在不发生超调的情况下有最快的响应速度,因此有如下的实验曲线。
对比上下两张图片,可以发现系统最后的稳态误差都比较明显,应该与实验仪器的精密度有关。
此时Rx = 86.8k1）实验图像W(s) = 50/(s^2+11.5s+50)ωn = 5√2; ξ = √2 * 100000/(2Rx)=0.81超调量σ%= 0调节时间Ts = 6.3*0.1=0.63s 2）仿真分析3）理论计算超调量σ%=0调节时间Ts=t=3.5/(ωξ)=0.61s 结果记录0.63s当0<ξ<1时,为欠阻尼系统,系统对阶跃超调,响应速度很快,因此有如下的实验曲线。
此时Rx = 38.67k1）实验图像W(s) = 50/(s^2+11.5s+50)ωn = 5√2; ξ = √2 * 100000/(2Rx)=1.83超调量σ%= 0调节时间Ts =19.4*0.1=1.94s 2）仿真分析3）理论计算超调量σ%=0调节时间Ts=t=3.5/(ωξ)=0.27s 结果记录1.94s2．典型三阶系统典型三阶系统的方块结构图如图2.2.1所示：E(s)R(s)图2.2.11K其开环传递函数为)1)(1()(21++=s T s T s K s G ，其中oT KK K 21=，取三阶系统的模拟电路如图2.2.2所示：图2.2.2取三阶系统的模拟电路如图2.2.2所示，实验参数取R0＝Rf=200k ，R1＝100k ，R2＝100k ，C1＝10uF ，C2＝C3=1uF ，R=10k 。
Rx 为元件库U4单元 (针对使用的是自控实验箱)或者U1单元(针对使用的是自控实验台)的220K 可调电阻。
在进行实验连线之前，先将U9单元两个输入端的100K 可调电阻均顺时针旋转到底（即调至最大），使电阻R0、Rf 均为200K;将U13单元输入端的100K 可调电阻逆时针旋转到底（即调至最小），使输入电阻R1的总阻值为100K;C1取元件库U4单元上的10uF 电容。
将U15单元输入端的100K 可调电阻逆时针旋转到底（即调至最小），使输入电阻R2的总阻值为100K; C2位于U15单元上。
Rx 为U11单元的输入端电阻，C3位于U11单元上。
U8单元为反相器单元，将U8单元输入端的10K 可调电阻逆时针旋转到底（即调至最小），使输入电阻R 的总值为10K;注明：所有运放单元的+端所接的100K 、10K 电阻均已经内部接好，实验时不需外接。
该系统开环传递函数为Rx K s s s Ks H s G /500,)15.0)(11.0()()(=++=，,Rx 的单位为K Ω。
系统特征方程为321220200s s s K +++=，根据劳斯判据得到： 系统稳定0<K<12 系统临界稳定 K=12 系统不稳定K>12根据K 求取Rx 。
这里的Rx 可利用模拟电路单元的220K 电位器，改变Rx 即可改变K 2， 改变K ，得到三种不同情况下的实验结果。
该系统的阶跃响应如图2.2.3 a 、2.2.3b 和2.2.3c 所示，它们分别对应系统处于不稳该系统开环传递函数系统特征方程为321220200s s s K +++=，根据劳斯判据得到：1. 系统稳定0<K<12Rx>41.67k仿真分析，取Rx = 220k ;K=2.27RxK s s s Ks H s G /500,)15.0)(11.0()()(=++=2. 系统临界稳定K=12仿真分析，取Rx = 41.67k，K=123.系统不稳定K>12仿真分析，取Rx = 30k，K=16.7结论：当Rx<41.7k时，即K > 12时，系统不稳定发散；当Rx=41.7k时，即K=12时，系统临界稳定等幅振荡；当Rx>41.7k时，即K < 12时，系统稳定衰减收敛。
由曲线图可知，当Rx=41.7k时，系统处于衰减收敛，理论应当处于系统临界稳定等幅振荡。
由于电阻有误差，使得测量值比理论值小。
在误差允许的范围内，可视为等幅振荡。