控制工程实验
控制工程基础仿真实验报告
本科生课程论文控制工程基础仿真实验报告实验一一阶系统的单位阶跃响应一、实验目的1、学会使用ATLABM编程绘制控制系统的单位阶跃响应曲线；2、掌握准确读取动态特征指标的方法；3、研究时间常数T对系统性能的影响；4、掌握一阶系统11Ts+时间响应分析的一般方法；5、通过仿真实验，直观了解各典型环节的时间响应和频率响应，巩固课程中所学的基本概念和基本原理；二、实验要求1、输入3个不同的时间常数T，观察一阶系统11Ts+的单位阶跃响应曲线的变化，绘制响应曲线图，并分析时间常数T对系统性能的影响。
2、若通过实验已测得一阶系统11Ts+的单位阶跃响应曲线，试说明如何通过该曲线确定系统的时间常数T。
三、实验内容（一）实验设备计算机；WINDOWS操作系统，并安装Matlab语言编程环境。
（二）实验原理通过对各种典型环节的仿真实验，可以直观的看到各种环节的时间响应和频率响应的图像。
通过对所得图像的分析可以得出各种参数如何影响系统的性能。
四、实验过程在Matlab平台对一阶系统11Ts+的单位阶跃响应进行仿真。
（1）输入3个不同的时间常数T，观察一阶系统单位阶跃响应曲线的变化，绘制响应曲线图，并分析时间常数T对系统性能的影响。
在Matlab中进行操作，其代码如下：1.num=1;2.den=[11];3.g=tf(num,den)4.5.g =6.7.18. -----9. s + 110.11.Continuous-time transfer function.12.13.>> step(g)14.hold on15.>> step(tf(1,[21]))16.>> step(tf(1,[41]))17.>> legend('T=1','T=2','T=4');（2）对于已测得的一阶系统的单位阶跃响应曲线，分析通过该曲线确定系统的时间常数T的方法。
控制工程实验报告
控制工程实验报告1. 引言控制工程是一门研究如何通过设计和操作系统来达到预期目标的学科。
实验是控制工程学习过程中重要的一部分，通过实验可以加深对控制理论的理解，提高实际操作能力。
本实验报告旨在总结和分析在进行控制工程实验时所遇到的问题和解决方法。
2. 实验背景本次实验旨在研究单输入单输出（SISO）的控制系统。
通过建模、设计和实施控制器，我们将探讨如何使系统达到期望的性能指标。
在实验过程中，我们使用了控制工程中常用的方法和工具，如PID控制器、校正方法和稳定性分析等。
3. 实验目标本实验的主要目标是设计一个PID控制器来控制一个特定的系统，使其满足给定的性能要求。
具体目标如下： - 理解PID控制器的原理和工作方式； - 利用实验数据建立系统的数学模型； - 利用系统模型设计优化的PID控制器； - 分析和评估实验结果，判断控制系统的稳定性和性能。
4. 实验过程实验分为以下几个步骤： ### 4.1 建立系统模型首先，我们需要对所控制的系统进行建模。
使用传感器收集系统的输入和输出数据，并通过系统辨识方法分析这些数据，得到系统的数学模型。
常用的辨识方法包括最小二乘法和频域分析法。
4.2 设计PID控制器基于系统模型的分析，我们可以设计PID控制器。
通过调整PID控制器的参数，如比例增益、积分时间常数和微分时间常数，我们可以优化控制系统的性能。
4.3 实施控制器将设计好的PID控制器实施到实际系统中。
在实验中，我们需要将传感器和控制器与被控对象连接，并配置合适的控制策略。
4.4 性能评估通过收集系统的输入和输出数据，并利用系统模型进行仿真和分析，我们可以评估控制系统的性能。
常见的评估指标包括超调量、上升时间和稳态误差等。
5. 实验结果与分析根据实验数据和分析结果，我们得到了以下结论： - PID控制器可以有效地控制被控对象，使其稳定在期望值附近； - 通过适当调整PID控制器的参数，我们可以优化控制系统的性能； - 预测模型与实际系统存在一定差异，可能需要进一步改进和校正。
控制工程实验报告
《控制工程基础》实验任务实验一 系统时域响应分析1. 实验目的本实验的主要目的是：通过实验使学生进一步理解系统参数对时域响应的影响，理解系统参数与时域性能指标之间的关系，同时了解系统稳定性的充要条件。
本实验的内容覆盖了教材第3、4、5章的内容。
2. 实验内容完成一阶、二阶系统在典型输入信号作用下的响应，求取二阶系统的性能指标，记录试验结果并对此进行分析。
3. 实验要求要求掌握应用MATLAB 软件的相应功能，实现一阶、二阶系统在典型输入信号（包括单位脉冲信号、单位阶跃信号、单位斜坡信号、正弦信号等）作用下的响应；记录实验结果并对结果进行分析，要求用实验结果来分析系统特征参数对系统时间响应的影响。
4. 实验地点工字楼127。
5. 实验过程一、系统的传递函数及其MATLAB 表达 (1)一阶系统 传递函数为：1)(+=Ts Ks G 传递函数的MATLAB 表达： num=[k]；den=[T,1]；G(s)=tf(num,den) (2)二阶系统 传递函数为：2222)(nn n w s w s w s G ++=ξ传递函数的MATLAB 表达： num=[wn^2]；den=[1，2*s* wn ，wn^2]；G(s)=tf(num,den) （3）任意的高阶系统传递函数为：nn n n m m m m a s a s a s a b s b s b s b s G ++++++++=----11101110)(传递函数的MATLAB 表达：num=[m m b b b b ,,,110- ]；den=[n n a a a a ,,,110- ]；G(s)=tf(num,den) 若传递函数表示为：)())(()())(()(1010n m p s p s p s z s z s z s Ks G ------=则传递函数的MATLAB 表达：z=[m z z z ,,,10 ]；p=[n p p p ,,,10 ]；K=[K]；G(s)=zpk(z,p,k) 二、 各种时间输入信号响应的表达 （1）单位脉冲信号响应：[y,x]=impulse(sys,t) （2）单位阶跃信号响应：[y,x]=step(sys,t) （3）任意输入信号响应：[y,x]=lsim(sys,u,t)其中，y 为输出响应，x 为状态响应（可选）；sys 为建立的模型；t 为仿真时间区段（可选）,u 为给定输入信号（列向量）。
控制工程实验报告
图2-4 =1时的阶跃响应曲线
（3）当K 0.625时， 1，系统工作在过阻尼状态，它的单位阶跃响应 曲线和临界阻尼时的单位阶跃响应一样为单调的指数上升曲线，但后者 的上升速度比前者缓慢。
四、实验内容与步骤
1、根据图2-2，调节相应的参数，使系统的开环传递函数为： 将调节后的电路图画出，并标出所选各元器件的参数值。
四、实验内容与步骤
1、分别画出比例、惯性、积分、比例微分环节的电子电路； 2、熟悉实验设备并在实验设备上分别联接各种典型环节； 3、按照给定的实验参数，利用实验设备完成各种典型环节的阶跃特性 测试，观察并记录其单位阶跃响应波形。
五、实验报告
1、画出四种典型环节的实验电路图，并标明相应的参数； 2、画出各典型环节的单位阶跃响应波形，并分析参数对响应曲线的影
4、各种长度联接导线。
三、实验原理
图2-1为二阶系统的原理方框图，图2-2为其模拟电路图，它是由惯
性环节、积分环节和比例环节组成，图中K=R2/R1， T2=R3C2。
T1=R2C1，
图2-1 二阶系统原理框图
图2-2 二阶系统的模拟电路
由图2-2求得二阶系统的闭环传递函
（2-1） 而二阶系统的标准传递函数为：
一、实验目的
1、 熟悉二阶模拟系统的组成；
2、 研究二阶系统分别工作在=1， 0< <1， 和 1三种状态下的单
位阶跃响应；
3、 分析增益K对二阶系统单位阶跃响应的超调量P、峰值时间tp
和调整时间ts。
二、实验仪器设备
1、控制理论电子模拟实验箱一台；
2、超低频慢扫描数字存储示波器一台；
3、数字万用表一只；
对比式(2-1)和式（2-2）得 。调节开环增益K值，不仅能改变系统无阻尼自然振荡频率ωn和的
控制工程基础实验报告
控制工程基础实验报告控制工程基础实验报告引言：控制工程是一门涉及自动化、电子、计算机等多个学科的交叉学科，其实验是培养学生动手能力和实践能力的重要环节。
本篇文章将以控制工程基础实验为主题，探讨实验的目的、过程和结果等方面。
实验目的：控制工程基础实验的目的是让学生通过实践了解控制系统的基本原理和方法，培养其分析和解决问题的能力。
通过实验，学生可以掌握闭环控制系统的设计与调试技巧，加深对控制理论的理解。
实验内容：本次实验的内容是设计一个简单的温度控制系统。
系统由温度传感器、控制器和加热器组成。
温度传感器采集环境温度，控制器根据设定的温度值来控制加热器的工作状态，以维持温度在设定值附近。
实验步骤：1. 搭建实验平台：将温度传感器、控制器和加热器按照实验要求连接起来，确保电路正常工作。
2. 设计控制算法：根据控制系统的要求，设计合适的控制算法。
可以采用比例控制、积分控制或者PID控制等方法。
3. 参数调试：根据实验平台和控制算法的特点，调试控制器的参数，使系统能够快速、稳定地响应设定值的变化。
4. 实验数据采集：通过实验平台上的数据采集器，记录系统的输入和输出数据，以便后续分析和评估。
实验结果：经过实验，我们得到了一组温度控制系统的数据。
通过对这些数据的分析，我们可以评估系统的控制性能和稳定性。
在实验中，我们使用PID控制算法，经过参数调试，得到了较好的控制效果。
系统能够在设定值附近稳定工作，并且对设定值的变化能够快速响应。
实验总结：通过这次实验，我们深入了解了控制工程的基本原理和方法。
实践中遇到的问题和挑战，锻炼了我们的动手能力和解决问题的能力。
实验结果表明，合适的控制算法和参数调试是实现良好控制效果的关键。
控制工程实验的重要性不言而喻，它不仅是理论学习的延伸，更是培养学生实践能力的重要途径。
结语：控制工程基础实验是掌握控制工程理论和方法的重要环节。
通过实践，学生能够更好地理解和应用所学知识，提高解决实际问题的能力。
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。
控制工程基础实验报告
控制工程基础实验报告实验一 典型环节及其阶跃响应实验目的1．学习构成典型环节的模拟电路。
2．熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
3．学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。
4．熟悉仿真分析软件。
实验内容各典型环节的模拟电路如下：1. 比例环节 12)(R R s G -=2. 惯性环节 RC T Tss G =-=1)(3. 积分环节 1221)(R R K C R T Ts Ks G ==+-=4. 微分环节 RCs s G -=)(改进微分环节1)(12+-=Cs R Cs R s G 5. 比例微分环节)41()(212s C R R R s G +-=实验步骤1．用Workbench 连接好比例环节的电路图，将阶跃信号接入输入端，此时使用理想运放;2．用示波器观察输出端的阶跃响应曲线，测量有关参数;改变电路参数后，再重新测量,观察曲线的变化。
3． 将运放改为实际元件，如采用“LM741",重复步骤2。
5．仿真其它电路，重复步骤2，3，4。
实验总结通过这次实验，我对典型环节的模拟电路有了更加深刻的了解,也熟悉了各种典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对典型环节动态特性的影响；熟悉仿真分析软件。
这对以后的控制的学习有很大的帮助。
实验二 二阶系统阶跃响应实验目的1． 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ωn 对系统动态性能的影响。
2． 学会根据阶跃响应曲线确定传递函数，熟悉二阶系统的阶跃响应曲线。
实验内容二阶系统模拟电路如图： 1)/(1)(12222++-=RCs R R s C R s G 思考：如何用电路参数表示ξ和ωn实验步骤1． 在workbench 下连接电路图；将阶跃信号接入输入端，用示波器观测记录响应信号；2．取ωn=10rad/s,即令R=100K,C=1uf ：分别取ξ=0，0.25,0.5,0.7,1,2, 即取R1=100K,考虑R2应分别取何值，分别测量系统阶跃响应，并记录最大超调量δp%和调节时间ts 。
控制工程实验
《机电控制工程基础》实验指导书适用专业：机械设计制造及其自动化机械电子工程太原工业学院机械工程系实验一系统时间响应分析实验课时数：2学时实验性质：设计性实验实验室名称：数字化实验室（机械工程系）一、实验项目设计内容及要求1. 实验目的本实验的内容牵涉到教材的第3、4、5章的内容。
本实验的主要目的是通过试验，能够使学生进一步理解和掌握系统时间响应分析的相关知识，同时也了解频率响应的特点及系统稳定性的充要条件。
2. 实验内容完成一阶、二阶和三阶系统在单位脉冲和单位阶跃输入信号以及正弦信号作用下的响应，求取二阶系统的性能指标，记录试验结果并对此进行分析。
3. 实验要求系统时间响应分析试验要求学生用MATLAB软件的相应功能，编程实现一阶、二阶和三阶系统在几种典型输入信号（包括单位脉冲信号、单位阶跃信号、单位斜坡信号和正弦信号）作用下的响应，记录结果并进行分析处理：对一阶和二阶系统，要求用试验结果来分析系统特征参数对系统时间响应的影响；对二阶系统和三阶系统的相同输入信号对应的响应进行比较，得出结论。
4. 实验条件利用数字化实验室的计算机，根据MATLAB软件的功能进行简单的编程来进行试验。
二、具体要求及实验过程1.系统的传递函数及其MATLAB表达(1)一阶系统 传递函数为：1)(+=Ts Ks G 传递函数的MATLAB 表达： num=[k]；den=[T,1]；G(s)=tf(num,den) (2)二阶系统传递函数为：2222)(nnnw s w s w s G++=ξ传递函数的MATLAB 表达： num=[2n w ]；den=[1，n w ξ2，2n w ]；G(s)=tf(num,den) （3）任意的高阶系统传递函数为：nn n n mm m m a s a s a s a b s b s b s b s G ++++++++=----11101110)( 传递函数的MATLAB 表达：num=[m m b b b b ,,,110- ]；den=[nn a a a a ,,,110- ]；G(s)=tf(num,den) 若传递函数表示为：)())(()())(()(1010nmp s p s p s z s z s z s K s G------=则传递函数的MATLAB 表达：z=[m z z z ,,,10 ]；p=[n p p p ,,,10 ]；K=[K]；G(s)=zpk(z,p,k) 2.各种时间输入信号响应的表达（1）单位脉冲信号响应：[y,x]=impulse[sys,t] （2）单位阶跃信号响应：[y,x]=step[sys,t] （3）任意输入信号响应：[y,x]=lsim[sys,u,t]其中，y 为输出响应，x 为状态响应（可选）；sys 为建立的模型；t 为仿真时间区段（可选）实验方案设计可参考教材相关内容，相应的M程序可参考教材（杨叔子主编的《机械工程控制基础》第五版）提供的程序，在试验指导教师的辅导下掌握M程序的内容和格式要求，并了解M程序在MATLAB软件中的加载和执行过程。
控制工程实验-
控制工程实验简介控制工程是研究如何通过对系统进行学习、监测和调节来实现稳定运行和优化性能的一门学科。
控制工程实验是掌握和应用控制工程理论的重要手段，通过实验可以使学生更好地理解和掌握控制系统的原理、方法和技术。
本文将介绍控制工程实验的基本内容，并且通过实例来演示实验的设计、操作和分析。
实验目的本次控制工程实验的目的是通过设计和搭建一个简单的温度控制系统，掌握控制系统的基本概念和方法，了解控制系统的建模、设计、分析和调节。
以下是本次实验所需的器材和设备：•温度传感器•控制器•电磁阀•加热器•实验台板•电源供应器•连接电缆•计算机步骤一：系统建模1.搭建实验台板，将温度传感器、控制器、电磁阀和加热器按照实验要求连接起来。
2.将温度传感器放置在被控对象（例如水箱）中，通过测量水温来获取反馈信号。
3.将控制器与温度传感器和电磁阀连接，实现控制信号的输入和输出。
4.根据实验要求，确定系统的传递函数或状态空间模型。
步骤二：系统分析1.在控制器中设定一个目标温度值，例如40℃。
2.记录温度传感器获取的实际温度值，并绘制实际温度随时间变化的曲线图。
3.通过对比目标温度和实际温度的曲线，分析系统的稳定性、响应速度和误差大小。
4.通过调节控制器的参数，观察系统的响应变化，并分析参数对系统性能的影响。
步骤三：系统调节1.根据系统的传递函数或状态空间模型的特性，确定合适的控制策略和参数范围。
2.通过试控制和观察，逐步调节控制器的参数，使系统的响应更接近预期的性能要求。
3.记录参数调节前后系统的响应曲线，并进行比较和分析。
步骤四：实验总结1.根据实验结果和分析，总结控制系统的性能和调节方法。
2.分析实验中可能存在的误差来源和改进措施。
3.总结实验的收获和经验，提出对控制工程实验的改进意见。
实验结果与分析通过实验的设计和操作，我们成功搭建了一个简单的温度控制系统，并进行了系统的分析和调节。
实验结果显示，控制系统在参数调节前的初始状态下，系统的响应速度较慢，稳定性较差，误差较大。
南昌大学控制工程实验报告
实验报告实验课程：机械工程控制基础学生姓名：周栋学号：5902110054专业班级：热能101班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。
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。
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单元至上位机的并口通信线。
接线完成，经检查无误，再给实验箱上电后，启动上位机程序，进入主界面。
界面上的操作步骤如下：①按通道接线情况完成“通道设置”:在界面左下方“通道设置”框内，“信号发生通道”选择“通道O1＃”，“采样通道X”选择“通道I1＃”，“采样通道Y”选择“不采集”。
②进行“系统连接”（见界面左下角），如连接正常即可按动态状态框内的提示（在界面正下方）“进入实验模式”；如连接失败，检查并口连线和实验箱电源后再连接，如再失败则请求指导教师帮助。
控制工程基础实验报告
控制工程基础实验姓名：专业：机电班级：02 学号：1003120225实验一：比较二阶系统在不同阻尼比下的时间响应一、实验目的1.熟悉MA TLAB软件环境，学会编写matlab文件（***.m）和使用SIMULINK建模，进行时间响应分析。
二、实验要求1.编写m文件，使用命令sys=tf(num,den)，建立二阶系统的传递函数模型；2.编写m文件，使用命令impulse(sys)，画出二阶系统在不同阻尼比下的脉冲响应曲线簇；3.编写m文件，使用命令step(sys)，画出二阶系统在不同阻尼比下的阶跃响应曲线簇；4.根据阶跃响应曲线，记录不同阻尼比下的时域性能指标，列表写出实验报告，并分析阻尼比和无阻尼自然频率对于性能的影响；5.利用SIMULINK建立方框图仿真模型，进行阶跃响应实验，学会使用workspace的数组变量传递，使用命令plot(X,Y)画出阶跃响应图。
三、实验过程1.编写m文件，使用命令sys=tf(num,den)，建立二阶系统的传递函数模型M文件如下：clear;clc;num=[1];den=[1 2 1];sys=tf(num,den)运行结果：Transfer function:1-------------s^2 + 2 s + 12.编写m文件，使用命令impulse(sys)，画出二阶系统在不同阻尼比下的脉冲响应曲线簇M文件如下：clear;clc;k=1;xi=[0.1 0.4 0.8 1 5 8];wn=1;for i=1:length(xi);sys=tf([k*wn^2],[1 2*xi(i)*wn wn^2]);impulse(sys);hold on;endhold offgrid运行结果：3.编写m文件，使用命令step(sys)，画出二阶系统在不同阻尼比下的阶跃响应曲线簇M文件如下：clear;clc;k=1;xi=[0.1 0.4 0.8 1 5 8];wn=1;for i=1:length(xi);sys=tf([k*wn^2],[1 2*xi(i)*wn wn^2]);step(sys);hold on;endhold offgrid运行结果：4.根据阶跃响应曲线，记录不同阻尼比下的时域性能指标，列表写出实验报告，并分析阻尼比和无阻尼自然频率对于性能的影响利用时域响应特性函数function [tr,tp,mp,ts,td]=texing(sys,xi,m,n)求得系统在不同阻尼比xi下阶跃响应的时域特性指标（texing函数见附录）。
控制工程基础实验指导书
控制工程基础实验指导书目录实验一典型环节的电路模拟┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈3 实验二二阶系统动态性能和稳定性分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈6 实验三控制系统根轨迹分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈9 实验四控制系统的频率特性测量┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈10 实验五控制系统串联校正┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈14 附录一 ACCT-III自动控制原理实验箱简介┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈18 附录二软件界面及实验参考设置┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈21 附录三 MATLAB语言┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈25实验一 二阶系统动态性能和稳定性分析一、实验目的1．学习和掌握时域性能指标的测试方法。
2．研究二阶系统参数（ξ、ωn ）对系统动态性能和稳定性的影响。
二、实验设备1．ACCT-Ⅲ型自动控制理论实验箱 一台 2．方正电脑 一套 3．螺丝刀 一把三、实验原理及线路线性二阶系统的方块结构图如图1所示：其开环传递函数为1()(1)K G S S T S =+，10KK T =其闭环传递函数标准型为222()2n n nW s S S ωξωω=++,取如下二阶系统的模拟电路，图2中参数关系 图1 方块图图2 二阶系统模拟电路102,1R R C R n ==ξω，R0=100K 。
改变图2系统元件参数R1和电容C 大小，即可改变系统的ξ、ωn ， 由此来研究不同参数特征下的时域响应。
图3a 、图3b 、图3c 分别对应二阶系统在欠阻尼，临界阻尼，过阻尼三种情况下的阶跃响应曲线：图3a 图3c图3b四、实验内容及步骤1．按图2电路图接线五、预习要求1．求出各种参数下系统的阶跃响应曲线及其动态品质指标。
2．拟定测量系统动态品质指标的方法。
3．如何保证系统为负反馈系统？（注意各运算放大器均使用反相输入端）若将负反馈改为正反馈或开断反馈回路，将是什么结果？4．如果运算放大器饱和，对实验结果会产生什么影响？如何保证和检查各运算放大器均工作在线性范围内？5．深入研究二阶系统有何意义？六、实验报告要求1．测量数据及曲线整理并与理论值比较。
机械控制工程基础实验报告
机械控制工程基础实验报告一、实验目的机械控制工程基础实验是机械工程及相关专业的重要实践环节，通过实验可以加深对机械控制工程基本理论的理解，掌握控制系统的性能分析和设计方法，提高实际动手能力和解决问题的能力。
本次实验的具体目的包括：1、熟悉典型控制系统的组成和工作原理。
2、掌握控制系统数学模型的建立方法。
3、学会运用实验设备对控制系统的性能进行测试和分析。
4、培养团队合作精神和创新思维。
二、实验设备本次实验所使用的设备主要包括：1、控制实验台：包括电机、传感器、控制器等部件，用于构建控制系统。
2、计算机：安装有相关的实验软件，用于数据采集和处理。
3、示波器：用于观察系统的输入输出信号。
三、实验原理1、控制系统的组成控制系统通常由控制对象、控制器、传感器和执行机构组成。
控制对象是被控制的物理设备或过程，控制器根据传感器采集到的系统状态信息，按照一定的控制算法计算出控制量，通过执行机构作用于控制对象，使系统的输出达到预期的目标。
2、控制系统的数学模型数学模型是描述控制系统动态特性的数学表达式，常用的有传递函数和状态空间方程。
传递函数是在零初始条件下，输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯变换之比。
状态空间方程则是用一组一阶微分方程来描述系统的动态特性。
3、控制系统的性能指标控制系统的性能指标包括稳定性、准确性和快速性。
稳定性是指系统在受到外界干扰后，能够恢复到平衡状态的能力；准确性是指系统的输出与期望值之间的偏差大小；快速性是指系统从一个状态过渡到另一个状态所需的时间。
四、实验内容1、一阶系统的响应特性实验构建一阶系统，输入阶跃信号，观察系统的输出响应，记录响应曲线。
通过改变系统的参数，如时间常数，分析其对系统响应速度和稳定性的影响。
2、二阶系统的响应特性实验构建二阶系统，输入阶跃信号，观察系统的输出响应。
调整系统的阻尼比和自然频率，研究其对系统的超调量、调节时间等性能指标的影响。
3、系统的频率特性实验给系统输入不同频率的正弦信号，测量系统的输出幅值和相位，绘制系统的幅频特性和相频特性曲线。
控制工程基础实验报告
控制系统的仿真数学模型系别：机电工程系班级：1301班专业：机械设计制造及其自动化姓名：学号：201309011指导教师：刘春艳一、实验目的由系统的结构方框图得到控制系统模型，其传递函数方框图，用SIMULINK 模型结构图化简控制系统模型，分析系统的阶跃响应，并绘制响应曲线。
二、上机内容1、 Matlab 基础2、 Matlab 中系统建模3、 Matlab 分析系统的动态特性三、实验平台Windows 98或2000或XP Matlab 6.1以上版本四、操作过程、源程序和计算结果：3.15二阶系统的闭环传递函数为()2222nn n s s s G ωξωω++=式中二阶系统固有频率n ω=10 rad/s,试求该系统在欠阻尼、临界阻尼、过阻尼、零阻尼及负阻尼状态下的单位阶跃响应。
(1)欠阻尼，当取二阶系统阻尼分别为ξ=0.2、0.4、0.6、0.8时，仿真模型如下图所示(2) 临界阻尼、过阻尼、零阻尼及负阻尼状态下的单位阶跃响应，当取二阶系统阻尼分别为 =1.0、1.5、0.0、-0.2时，仿真模型如下图所示例题3.16 某单位反馈控制系统框图如下图所示。
试分析开环放大系数K对该系统稳定性的影响。
3-18 对于典型二阶系统,()2222nn n s s s G ωξωω++= ,要求： 1.当固有振荡频率=n ω6rad/s ，阻尼比分别为0.1,0.2, ------0.9,1.0,2.0时系统的单位阶跃响应曲线和单位脉冲曲线；2.当阻尼比7.0=ξ时，固有频率分别为2,4,6,8,10,12rad/s 时的单位阶跃响应曲线和单位脉冲响应曲线。
(1)t=[0:0.1:10];num=[36];den1=[1 1.2 36];sys1=tf(num,den1);den2=[1 2.4 36];sys2=tf(num,den2);den3=[1 3.6 36]; sys3=tf(num,den3);den4=[1 4.8 36];sys4=tf(num,den4);den5=[1 6 36];sys5=tf(num,den5);den6=[1 7.2 36];sys6=tf(num,den6);den7=[1 8.4 36];sys7=tf(num,den7);den8=[1 9.6 36];sys8=tf(num,den8);den9=[1 10.8 36];sys9=tf(num,den9);den10=[1 12 36];sys10=tf(num,den10);den11=[1 24 36];sys11=tf(num,den11);step(sys1,sys2, sys3, sys4, sys5, sys6, sys7, sys8, sys9, sys10, sys11, t);grid on;t=[0:0.1:6];num=[36];den1=[1 1.2 36]; sys1=tf(num,den1); den2=[1 2.4 36]; sys2=tf(num,den2); den3=[1 3.6 36]; sys3=tf(num,den3); den4=[1 4.8 36]; sys4=tf(num,den4); den5=[1 6 36];sys5=tf(num,den5); den6=[1 7.2 36]; sys6=tf(num,den6); den7=[1 8.4 36];sys7=tf(num,den7);den8=[1 9.6 36];sys8=tf(num,den8);den9=[1 10.8 36];sys9=tf(num,den9);den10=[1 12 36];sys10=tf(num,den10);den11=[1 24 36];sys11=tf(num,den11);impulse(sys1,sys2, sys3, sys4, sys5, sys6, sys7, sys8, sys9, sys10, sys11, t);grid on;(2)t=[0:0.1:5];den1=[1 2.84];sys1=tf([4],den1);den2=[1 5.616];sys2=tf([16],den2);den3=[1 8.436];sys3=tf([36],den3);den4=[1 11.264];sys4=tf([64],den4);den5=[1 14100];sys5=tf([100],den5);den6=[1 16.8144];sys6=tf([144],den6);step(sys1,sys2, sys3, sys4, sys5, sys6, t); grid on;t=[0:0.1:6];den1=[1 2.84];sys1=tf([4],den1);den2=[1 5.616];sys2=tf([16],den2);den3=[1 8.436];sys3=tf([36],den3);den4=[1 11.264];sys4=tf([64],den4);den5=[1 14100];sys5=tf([100],den5);den6=[1 16.8144];sys6=tf([144],den6);impulse(sys1,sys2, sys3, sys4, sys5, sys6, t); grid on;。
控制工程基础实验报告1 -示例
《控制工程基础》实验报告一班级·学号1501034148 姓名李富国实验日期2017.11.27 任课教师杨世文实验名称实验一控制系统的建模验证型一、实验目的及要求：1.学习在MATLAB命令窗口建立系统模型的方法；2.学习如何在三种模型之间相互转换；3.学习如何用SIMULINK仿真工具建模。
二、上机内容：1、Matlab基础2、Matlab中系统建模3、Matlab分析系统的动态特性三、实验平台Windows 98或2000或XP Matlab 5.3以上版本1. 给定控制系统的传递函数为：在MA TLAB 中建立系统的传递函数模型、零极点增益模型和状态变量模型。
num=[3]; %G 的分子多项式系数den=[1, 3, 5, 7]; %G1的分母多项式系数G=tf(num, den) % 由分子多项式/分母多项式采用tf()函数创建传递函数[z1,p1,k1]=tf2zp(num,den) %求传递函数的零极点sys1zp=zpk(z1,p1,k1) %构建并显示该系统的零极点形式的传递函数运行结果：7533)(23+++=s s s s G2.在SIMULINK中建立如下图所示的结构图：源程序：五、评阅成绩评阅老师年月日《机械控制工程基础》实验报告二班级·学号1501034148 姓名李富国实验日期2017.11.27任课教师杨世文实验名称实验二控制系统的稳定性分析实验验证型一、实验目的及要求：本实验是用MATLAB得到控制系统的频域特性曲线，绘制给定控制系统Bode 图和Nyquist图，并表示出系统的幅值裕量和相位裕量，-π穿越频率和剪切频率等频域性能指标；用频率法对控制系统进行稳定性判断。
二、上机内容：1、Matlab中的频率响应函数2、Matlab求取稳定性裕量三、实验平台Windows 98或2000或XP Matlab 5.3以上版本四、操作过程、源程序和计算结果：1、题目：绘制系统G(s)=[100(s+4)]/[s(s+0.5)(s+50)²]的Bode图。
控制工程实验报告
实验一、实验装置的基本操作与仪表调试一、实验目的1、了解本实验装置的结构与组成。
2、掌握压力变送器的使用方法。
3、掌握实验装置的基本操作与变送器仪表的调整方法。
二、实验设备1、THKGK-1型过程控制实验装置GK-02 GK-03 GK-04 GK-072、万用表一只三、实验装置的结构框图图1-1、液位、压力、流量控制系统结构框图四、实验内容1、设备组装与检查：1）、将GK-02、GK-03、GK-04、GK-07挂箱由右至左依次挂于实验屏上。
并将挂件的三芯蓝插头插于相应的插座中。
2）、先打开空气开关再打开钥匙开关，此时停止按钮红灯亮。
3）、按下起动按钮，此时交流电压表指示为220V，所有的三芯蓝插座得电。
4）、关闭各个挂件的电源进行连线。
2、系统接线：1）、交流支路1：将GK-04 PID调节器的自动/手动切换开关拨到“手动”位置，并将其“输出”接GK-07变频器的“2”与“5”两端（注意：2正、5负），GK-07的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U1、V1、W1”输入端；GK-07 的“SD”与“STR”短接，使电机驱动磁力泵打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STF”短接）。
2）、交流支路2：将GK-04 PID调节器的给定“输出”端接到GK-07变频器的“2”与“5”两端（注意：2正、5负）；将GK-07变频器的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U2、V2、W2”输入端；GK-07 的“SD”与“STR”短接，使电机正转打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STF”短接）。
3、仪表调整：（仪表的零位与增益调节）在GK-02挂件上面有四组传感器检测信号输出：LT1、PT、LT2、FT（输出标准DC0~5V），它们旁边分别设有数字显示器，以显示相应水位高度、压力、流量的值。
对象系统左边支架上有两只外表为蓝色的压力变送器，当拧开其右边的盖子时，它里面有两个3296型电位器，这两个电位器用于调节传感器的零点和增益的大小。
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一、实验说明
1、本课程2次上机实验，所有同学必须参加实验课，按照排定顺序上机。
每次上机固定机位，一人一机。
2、在机房内不得大声喧哗，不得从事与实验无关事项。
3、实验前必须写好预习报告．．．．．．．．．．．
：要求写明每次实验的目的、实验器材和实验内容。
请针对实验项目提前编写程序。
4、实验后完成实验报告，要总结所做实验的内容，回答有关思考题。
二、实验指导
实验一 基于MATLAB 的时域分析
1、实验目的
(1)掌握MATLAB 软件的基本操作；
(2)熟练掌握线性系统的模型描述；
(3)掌握线性系统稳定性分析；
(4)熟练掌握基于MATLAB 软件绘制系统的单位阶跃响应曲线并分析系统性能。
2、实验器材：计算机WinXP 、Matlab7.0软件
3、实验内容：
1.已知两个传递函数分别为：s
s x G s x G +=+=22132)(,131)( ①在MATLAB 中用传递函数法表示；②在MATLAB 中分别求出通过串联、并联、反馈后得到的系统模型。
要求按下图方式反馈连接，求闭环系统的传递函数。
2.系统的传递函数模型为24
50351024247)(23423+++++++=s s s s s s s s G ，判断系统的稳定性。
3、系统结构图如下图示。
请分别做出：(1)K=1；(2)K=3时系统的阶跃响应曲线，并分析比
较K 的增大对系统动态性能(快速性、平稳性)的影响。
4、MANUTEC 机器人，其机械臂的动力学特性可以表示为：
250()(2)(40)(45)
o G s s s s s =+++ 选用下图所示的控制方案，使系统阶跃响应的超调量小于20%，上升时间小于0.5s ，调节时间小于 1.2s(△=2%)，静态速度误差系数Kv>=10。
试问：采用控制器3.5()1483.7
33.75c s G s s +=+是否合适？
实验二 基于MATLAB 的频域分析
1、实验目的
(1)熟练掌握MATLAB 软件的基本操作；
(2)熟练掌握线性系统的频域分析并分析系统性能。
2、实验器材
计算机WinXP 、Matlab7.0软件
3、实验内容：
1．系统的开环传递函数为：2()10500
K G s s s =++，要求：分别取K=500，1000，作BODE 图，对比两幅图，分析K 变化对开环对数幅频、相频特性的影响。
2、系统的开环传递函数为：2()10500K G s s s =
++，要求：分别取K=500，1000，绘制系统Nyquist 图；分析K 变化对曲线的影响。
3、给定系统的开环传递函数为：)
12.0)(1()(++=s s s K s G ，开环放大倍数K 分别取5和
20时，(1)分别求系统的幅值裕度(db)和相位裕度(°)；(2)判断系统的稳定性。
4、系统结构图如下图示。
图中，Gc(s)为系统的控制器，
(1)Gc(s)=1； (2)2 1.5(0.0721)()0.0051
c s G s s +=+ 分别作出Gc(s)为上述两种取值时系统的的Bode 图和阶跃响应，并分析对照二种情况下的系统性能。
三、MATLAB 简介
1980年美国学者MOLER 博士在研究线性代数时，为了解决矩阵运算非常烦琐这一问题，构思并开发了一种用于矩阵运算的矩阵实验室（MATrix LABoratory ）软件。
由于MATLAB 提供了功能非常强大的矩阵处理和绘图功能。
吸引了很多控制界的名家在自己擅长的领域编写了一些具有特殊意义的MATLAB 工具箱，从而空前扩大了MATLAB 的功能，使其成为了国际上最流行的控制系统计算机辅助设计的软件工具。
下面简单介绍控制工程实验涉及到的．．．．．．．．．．MATL ．．．．AB ．．知识．．
(一)数学模型的基本描述方法
(1)传递函数描述法，参见教材，P112
注：以下描述中，．．．．．．．．num ．．．均指系统传递函数的分子多项式；．．．．．．．．．．．．．．．den ．．．是系统传递函数的．．．．．．．．分母多项式。
．．．．．．
MATLAB 中，使用TF 指令建立系统的传递函数，
TF 指令的使用格式：
sys = tf(num, den)
例如，建立 函数3
21)(23++++=s s s s x G ，则采用以下命令 num=[1 1]; den=[1 2 1 3];
syst1=tf(num, den);
结果为：
Transfer function:
s + 1
--------------------
s^3 + 2 s^2 + s + 3
(2) 多项式乘法运算函数conv( )
当传递函数的分子或分母由若干个多项式乘积表示时，它可由MATLAB 提供的多项式乘法运算函数conv( )来处理，以便获得分子和分母多项式向量，此函数的调用格式为
c =conv(a,b )
其中 a 和b 分别为由两个多项式系数构成的向量，而c 为a 和b 多项式的乘积多项式系数向量。
conv( )函数的调用是允许多级嵌套的。
例 若给定系统的传递函数为
解 则可以将其用下列MATLAB 语句表示
>>num=4*conv([1 2],[1 6 6])
>>den=conv([1 0],conv([1 2],[1 3 2 5]))
sys=tf(num,den)
(3)由传递函数转换为零极点形式：
MATLAB 函数tf2zp( )的调用格式为：[Z ,P ,K ]=tf2zp(num,den)
(4)由零极点转换为传递函数形式：
MATLAB 函数zp2tf( )的调用格式为：[num,den]=zp2tf(Z ,P ,K )
(二)系统模型的连接
(1)串联连接 [num,den]=series(num1,den1,num2,den2)；
(2)并联连接：[num,den]=parallel(num1,den1,num2,den2)
以上两式中，num1，num2分别指的是相互串联或者并联的两个环节的的分子多项式，den1，den2分别指的是相互串联或者并联的两个环节的分母多项式。
(3)反馈连接：[num,den]=feedback(num1,den1,num2,den2,sign)
其中，num1,den1指的是系统前向通道传递函数的分子多项式及分母多项式，num2,den2指的是系统反馈通道传递函数的分子多项式及分母多项式，sign 为反馈极性，对于正反馈sign 取1，对负反馈取-1或缺省。
(4)反馈连接，对于单位反馈系统，可采取下列形式实现反馈连接
[num ,den ]=cloop(num 1,den 1,sign )
)523(2s )1()66)(2(4)(232++++++++=s s s s s s s s G ）（
三、控制系统的稳定性分析
参见教材，P115，例3-11,3-12。
四、系统阶跃响应曲线的绘制
由函数step求连续系统的单位阶跃响应，具体使用方法参见教材，P113，例3-10
五、系统伯德图的绘制
(一)连续系统Bode图的函数bode( )
函数命令调用格式：
bode(num,den)：绘制出以连续时间多项式传递函数表示的系统的Bode图,其中频率范围由函数自动选取，
bode(num,den，w)：按指定的频率点w绘制系统的Bode图.
输入变量：num是系统的分子多项式；den是系统的分母多项式。
(二)系统幅值裕量与相位裕量的函数margin( )
函数命令调用格式：
margin(num,den) ：绘制开环频率特性曲线，并直接给出幅值裕量和相角裕量及其对应的相位穿越频率、幅值穿越频率。
(三)系统的奈奎斯特图（Nyquist图）的绘制
nyquist(num,den)：绘制系统的尼奎斯特图。