自动控制元件第一次实验2011资料
自动控制原理实验资料
自动控制原理实验实验1 控制系统典型环节的模拟利用运算放大器的基本特性，如：开环增益高，输入阻抗大、输出阻抗小等，通过设置不同的反馈网络，可以模拟各种典型环节。
一．实验目的● 掌握用运算放大器组成控制系统典型环节的电子电路原理。
● 观察几种典型环节的阶跃响应曲线。
● 了解参数变化对典型环节输出动态性能（即阶跃响应）的影响。
二．实验仪器● THSCC-1实验箱一台。
● 示波器一台。
三．实验内容 1．比例环节比例（P ）环节的方框图如图1-1所示。
图1-1比例环节方框图K Z Z S u S u S G i o ==-=12)()()(当输入为单位阶跃信号，即u i =-1V 时，u i （s ）=s 1，则u o （s ）=K s1，所以输出响应为：u o （t ）=K （t ≥0）。
比例环节实验原理图如图1-2所示。
选择：K=R2/R1=2，例如选择R2=820k ，R1=410k ，或选择R2=100k ，R1=51k 。
R2图1-2 比例环节实验原理图和输出波形实验步骤：（1）调整示波器：● 选择输入通道CH1或CH2。
● 逆时针调节示波器的时间旋钮“TIME/DIV ”到底，使光标为一点，并调节上下“位移”旋钮使光标位于0线上。
● 调整示波器的输入幅度档位选择开关，选择合适的档位使信号幅度便于观察，例如选择档位为1V 档。
● 将输入幅度档位选择开关中心的微调旋钮顺时针旋到底。
● 将信号选择开关打到DC 档。
（2）顺时针调节实验箱的旋钮，使阶跃信号为负（绿灯亮）。
（3）阶跃信号接到示波器上，调节实验箱的幅度旋钮。
使负跳变幅度为一格（即Ui=-1V ）。
（4）接好实验线路，按下阶跃信号按钮，观察示波器的波形。
预习思考：输出幅度跳变应为……? 2.惯性环节惯性环节实验原理图如图1-3所示。
其传递函数为：11)()()(+==TS Ks u s u S G i o ， K= R2/R1，T=R2*C 当输入为单位阶跃信号，即u i （t ）=-1V 时，u i （s ）=S 1，则u o （s ）=S11TS 1⋅+ 所以输出响应为u o （t ）=)e1(K Tt--。
自动控制实验报告(全)
自动控制原理实验报告册院系：班级：学号：姓名：目录实验五采样系统研究 (3)实验六状态反馈与状态观测器 (9)实验七非线性环节对系统动态过程的响应 (14)实验五 采样系统研究一、实验目的1. 了解信号的采样与恢复的原理及其过程，并验证香农定理。
2. 掌握采样系统的瞬态响应与极点分布的对应关系。
3. 掌握最少拍采样系统的设计步骤。
二、实验原理1. 采样：把连续信号转换成离散信号的过程叫采样。
2. 香农定理：如果选择的采样角频率s ω，满足max 2ωω≥s 条件（max ω为连续信号频谱的上限频率），那么经采样所获得的脉冲序列可以通过理想的低通滤波器无失真地恢复原连续信号。
3. 信号的复现：零阶保持器是将采样信号转换成连续信号的元件，是一个低通滤波器。
其传递函数：se Ts--14. 采样系统的极点分布对瞬态响应的影响：Z 平面内的极点分布在单位圆的不同位置，其对应的瞬态分量是不同的。
5. 最小拍无差系统：通常称一个采样周期为一拍，系统过渡过程结束的快慢常采用采样周期来表示，若系统能在最少的采样周期内达到对输入的完全跟踪，则称为最少拍误差系统。
对最小拍系统时间响应的要求是：对于某种典型输入，在各采样时刻上无稳态误差；瞬态响应最快，即过渡过程尽量早结束，其调整时间为有限个采样周期。
从上面的准则出发，确定一个数字控制器，使其满足最小拍无差系统。
三、实验内容1. 通过改变采频率s s s T 5.0,2.0,01.0=，观察在阶跃信号作用下的过渡过程。
被控对象模拟电路及系统结构分别如下图所示：图中，1)(/)()(==z E z U z D ，系统被控对象脉冲传递函数为：T T Ts e z e s s e Z z U z Y z G -----=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-==)1(4141)()()( 系统开环脉冲传递函数为：T T w e z e Z G z D z G ----===)1(4)()()(系统闭环脉冲传递函数为：)(1)()(z G z G z w w +=Φ在Z 平面内讨论，当采样周期T 变化时对系统稳定性的影响。
自动控制元件实验指导书
目录●实验室安全操作守则●实验一：直流继电器逻辑电路实验●实验二：单相变压器实验●实验三：三相感应电动机实验●实验四：自整角机实验实验室安全操作守则1．首次进入实验室参加实验的学生应认真听取实验指导教师对于安全内容的介绍。
2．实验室总电源由指导教师负责，学生不得擅自接触。
3．为确保人身安全，电机实验时应注意衣服、围巾、发辫及实验用线，防止卷入电动机旋转部件。
实验过程中需妥善保管好水杯、饮料瓶等容器，不许放置在实验操作台上。
4．学生进行实验时，独立完成的实验线路连接或改接，须经指导教师检查无误并提醒注意事项后，方可接通电源。
5．严禁带电接线、拆线、接触带电裸露部位及电机旋转部件。
6．各种仪表、设备在使用前应先确认其所在电路的额定工作状态，选择合理的量程。
若认为仪表、设备存在问题或发生故障，应报告指导教师，不得自行排除故障。
7．实验中发生故障时，必须立即切断电源并保护现场，同时报告指导教师。
待查明原因并排除故障后，才可继续进行实验。
8．实验室内禁止打闹、大声喧哗、乱扔废物以及其它不文明行为。
9．实验开始后，学生不得远离实验装置或做与实验无关的事。
10．实验完毕后应首先切断电源，再经指导教师检查实验数据后方可拆除实验线路，并将实验仪表、用线摆放整齐。
实验一直流继电器逻辑电路实验一、实验目的1．掌握直流继电器主要特征2．掌握继电器逻辑电路设计方法3．根据给定的逻辑要求能实现继电器逻辑控制电路的设计与连接。
二、预习思考题1．继电器逻辑控制电路的作用是什么?2．如何实现继电器逻辑控制电路?三、实验主要设备介绍继电器逻辑电路实验设备实物图1．继电器逻辑电路实验设备直流继电器：动作线圈额定电压直流12V，触点二常开、二常闭，共8只。
★注意本实验中的直流继电器，常开与常闭触点间有一个公共端，设计电路时要考虑这个结构的影响。
直流稳压电源：正电源+12V；负电源0～-12V可调。
发光二极管：串联电阻后工作电压12V，正向发光红色，反向发光绿色，共4组。
自动控制原理实验讲义---修改稿
北京信息科技大学自编实验讲义控制理论实验指导书许晓飞吴细宝编著自动化学院智能科学与技术系2011年1月前言一、自动控制理论的发展与现状自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术学科，它的发展可以追述到十七世纪，那时人们就在水轮的转动、风车的转速上开始采用自动控制技术。
特别是在1784年，瓦特蒸汽机的发明，成为世界上非常瞩目的成就，人们逐步认识到控制动力学的问题，并寻找其自动控制的实现方法及理论研究应用于生产实际。
二战期间，为了设计和制造飞机和船用自动驾驶仪、火炮方位系统、雷达跟踪系统，进一步促进并完善了自动控制理论的发展。
到战后，已形成了一套完整的自动控制理论体系。
它主要是以传递函数为基础，从时域、频域两个方面研究系统的稳定性、稳定的范围和条件，例如常用的劳斯稳定判据、奈奎斯特准则、根轨迹和Bode图等。
从研究系统的动态特行中，研究系统稳定所需要的条件和拟采取的措施，如串联系统的校正、PID控制器的校正，这些方法主要用于研究系统单输入—单输出线性定常系统的分析和设计。
到本世纪四十年代，对非线性控制系统的研究已取得了明显的进展，主要的研究方法有：相平面法、描述函数法、李亚普诺夫方法等。
通常，可把自动控制系统分为线性系统和非线性系统两大类，对于一个系统，若存在一个非线性环节或一个非线性元件，则这个系统就是非线性系统。
精确的分析结果表明，所有的系统都是非线性的，而线性系统则是一种简化或近似，因此，在实际应用中，非线性系统本身愈来愈多的成为人们所关心的问题，尤其是某些非线性系统所具有的独特性质，如自激振荡、跳越现象、区域稳定、非线性补偿等，使得非线性系统在工程范围中的应用有所推广，并日益为各学科所重视。
近年来，随着计算机的不断发展，自动控制理论也跨入了一个飞速发展的新阶段，如人造卫星的控制、宇宙飞行器的控制、机器人的控制等都是采用控制思想与计算机技术相结合的方法，同时，现代科学技术的突飞猛进，也对自动控制的精度提出了更高的要求。
自动控制原理实验报告1
自动控制原理报告学院: 核技术与自动化学院专业: 电气工程及其自动化班级: 2011060505班学号: 3201106050504姓名: ``````````````指导老师: 阳小燕完成时间: 2014年5月20日自动控制原理实验报告第一章LabACT自控/计控原理实验机构成及说明1.1 构成主实验板外形尺寸为35厘米×47厘米，主实验板的布置简图见图1-1-1所示。
图1-1-1 主实验板的布置简图实验区组成一．A实验区1．模拟运算单元（A1～A6）模拟运算单元 A1～A6布置图见图1-1-1，图中S1-S13均为跨接座，当用户选中模拟运算单元的某一参数的电阻、电容作输入回路和反馈回路构成一个模拟电路时，在该元件的左边相对应的跨接座上插上白色短路套即可，直观方便。
六个模拟运算单元实现原理基本相同，只是运放各输入回路及各反馈回路引入的电阻、电容的参数和连接方式各不相同。
六个模拟运算单元的各参数已经合理设计，组合使用可以满足本实验指导书中提供的全部实验目的，而无需外接电阻或电容，有效的简化了实验操作。
各信号接入点及输出点均引出标准插孔供接线用。
H1、H2为模拟运算单元的输入插孔，IN为运算放大器负端输入(反馈与输入相加点)插孔， OUT为模拟运算单元的输出插孔。
2．模拟运算扩充库（A7～A11）模拟运算扩充库 A7～A11布置图见图1-1-1。
模拟运算扩充库包括校正网络库（A7）、整形模块（A8），可调零放大器（A9），放大器（A10）和2个0～999.9KΩ的直读式可变电阻、2个电位器及多个电容（A11），可以灵活搭建多种不同参数的系统。
校正网络库（A7）在不同的跨接座上插上白色短路套即可构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例微分积分环节，用户可按不同的需求构成各种校正环节。
C1、C2、C3插孔为了扩充电容用。
在第3.3节线性系统的校正中将详细说明。
整形模块中有二组整形器，其中CIN1/2为输入插孔，COUT1/2为输出插孔。
自动控制的原理实验讲义
实验一二阶系统的瞬态瞬态响应分析一、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ξ=1，0<ξ<1,ξ>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σp、峰值时间tp和整时间ts 。
4、研究系统在不同K值时对斜坡输入的稳态跟踪误。
二、实验设备l ）、控制理论电子模拟实验稍一台2 ）、慢扫描示波器一台3 ）、万用表一只三、实验原理图1-1 为二阶系统的模拟电路图，它是由惯性环节、积分环节和反相器组成。
图1-2为图1-1的原理方框图，图中K=R2/R1，121C R T =，232C R T =由图1-2求得二阶系统的闭环传递函数：211221222110)()(T T KS T S T T KK S T S T T K S U S U ++=++=（1）而二阶系统标准传递函数为：对比式（1）和（2），得21T T K n =ω，K T T 124=ξ若令T1=0.2S ，T2=0.5S ，则k n 10=ω，k 625.0=ξ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ξ的值，还可以得到过阻尼(ξ>1)、临界（ξ=1）和欠阻尼（ξ<1）三种情况下的阶跃响应曲线。
（1）当k>0.625，0<ξ<1，系统处在欠阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为：)1sin(111)(2120ξξωξξω-+--=--tgt et u d tn 式中21ξωω-=n d 图1-3为二阶系统欠阻尼状态下的单位阶跃响应曲线（2）当k=0.625时，ξ=1，系统处在临界阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为：tw n n e t u -+-=)1(10ω如图1-4为二阶系统工作临界阻尼单位阶跃响应曲线。
（3）、当k<0.625时，ξ>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．三、实验内容与步骤1 、根据图1-1，调节相应的参数，使系统的开环传递函数为：()0.5(0.21)KG S S S =+2 、令ui( t ) = lv ，在示波器上观察不同K ( K =10 ,5， 2 ，0.5)时的阶跃响应的波形，并由实验求得相应的σp 、tp 和ts 的值。
自动控制元件第一次实验2011
第一次实验预习思考题
• 简述本课程中学习的自控元件的共同点。 • 什么是角随动系统？有什么样的具体应用？ • 在一般角随动系统中可以用到哪些微型控制电 机？它们的作用是什么？ • 在自动控制系统中，常用的测量元件有哪些？ • 在自动控制系统中，常用的执行元件有哪些？ • 根据励磁方式的不同，直流电机分类有哪些？
0
RL=1K
转速n(r/m)
RL=5K
0
表4-1 永磁式直流测速电机输出特性测试
【实验报告】 1．根据实验记录数据，在同一坐标系下绘制永磁式直 流测速发电机的空、负载输出特性曲线。简单说明造成 空、负载输出特性不同的主要原因。 2．分析不同负载情况下，永磁式直流测速发电机的负 载输出特性曲线的不同及造成此不同的主要原因。 3．根据输出特性曲线，求取永磁式直流测速发电机的 灵敏度。 4．分析实验中出现的问题，总结实验收获。
实验一 角随动控制系统演示实验
角 随 动 系 统 实 物 图
控制箱
直流力矩电机
直流测速电机
自整角发送机
自整角接收机
自整 角发 送机
自整 角接 收机
相敏 解调 电路
系统结构
位 置 调节器 _ 速 度 调节器 _ 电 流 调节器 PWM 电路 功 率 放大器 直 流 电动机 电流反馈 速度反馈 α 位置反馈 β 直 流 测速机
第 2 次
实验十一
2
第 3 次
自整角机实验
实验十三
实验十四
2验证（Biblioteka 做）写报告五交流伺服电动机实验 第 4 次 旋转变压器测量角和或角差 实验 自整角机测量角和或角差实 验
实验十九 实验十二 实验十五
3 1 1
验证（必做）写报告六
自动控制原理实验报告材料(自动化专业电子版)
实用文档自动控制原理实验报告课程编号： ME3121023专业班级姓名学号实验时间：实验目的和要求：通过自动控制原理实验牢固地掌握《自动控制原理》课的基本分析方法和实验测试手段。
能应用运算放大器建立各种控制系统的数学模型，掌握系统校正的常用方法，掌握系统性能指标同系统结构和参数之间的基本关系。
通过大量实验，提高动手、动脑、理论结合实际的能力，提高从事数据采集与调试的能力，为构建系统打下坚实的基础。
一、实验仪器、设备（软、硬件）及仪器使用说明自动控制实验系统一套计算机（已安装虚拟测量软件---LABACT）一台椎体连接线 18根实验一线性典型环节实验（一）、实验目的：1、了解相似性原理的基本概念。
2、掌握用运算放大器构成各种常用的典型环节的方法。
3、掌握各类典型环节的输入和输出时域关系及相应传递函数的表达形式，熟悉各典型环节的参数（K、T）。
4、学会时域法测量典型环节参数的方法。
（二）、实验内容：1、用运算放大器构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节和比例积分微分环节。
2、在阶跃输入信号作用下，记录各环节的输出波形，写出输入输出之间的时域数学关系。
3、在运算放大器上实现各环节的参数变化。
（三）、实验要求：1、仔细阅读自动控制实验装置布局图和计算机虚拟测量软件的使用说明书。
2、做好预习，根据实验内容中的原理图及相应参数，写出其传递函数的表达式，并计算各典型环节的时域输出响应和相应参数（K、T）。
3、分别画出各典型环节的理论波形。
5、输入阶跃信号，测量各典型环节的输入和输出波形及相关参数。
（四）、实验原理：实验原理及实验设计：1．比例环节： Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时域输出响应：2．惯性环节： Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：3．积分环节： Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：时常数：时域输出响应：4．比例积分环节： Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：5．比例微分环节： Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：6．比例积分微分环节： Ui-Uo的时域响应理论波形：传递函数：比例系数：时常数：时域输出响应：（五）、实验方法与步骤1、根据原理图构造实验电路。
自动控制实验报告
自动控制实验报告自动控制实验报告引言：自动控制是现代科技的重要领域之一，它在各个行业中都起到了至关重要的作用。
通过对系统进行监测、判断和调整，自动控制系统能够实现对设备、机器和过程的自主控制，提高生产效率、降低成本、提升安全性。
本文将介绍一次关于自动控制的实验，通过实验过程和结果，探讨自动控制的原理和应用。
实验目的：本次实验的目的是通过搭建一个简单的自动控制系统，探究自动控制的基本原理，并了解其在现实生活中的应用。
我们将以温度控制为例，通过调节加热器的功率，使温度保持在设定的范围内。
实验装置：实验装置包括一个温度传感器、一个加热器、一个控制器和一个显示屏。
温度传感器负责实时监测环境温度，将数据传输给控制器。
控制器根据设定的温度范围，判断是否需要调节加热器的功率。
加热器根据控制器的指令，调节加热功率，以达到温度控制的目标。
显示屏用于显示当前温度和设定温度。
实验步骤：1. 将温度传感器安装在实验环境中，并将其与控制器连接。
2. 设置控制器的温度范围，例如设定为20-25摄氏度。
3. 打开加热器，将其与控制器连接。
4. 开始实验，观察温度的变化，并记录数据。
5. 根据实验数据，分析控制器的判断和调节过程，以及加热器的功率调节情况。
实验结果：通过实验，我们观察到温度在设定范围内波动，并且控制器能够根据实时数据进行判断和调节。
当温度低于设定范围时，控制器会发送指令给加热器，增加加热功率；当温度超过设定范围时，控制器会减小加热功率。
在实验过程中，我们还发现控制器的响应速度很快，能够及时做出调整，使温度保持在设定范围内。
讨论和分析：自动控制系统的核心是控制器，它通过不断监测和判断系统的状态，根据预设的目标进行调节。
在本次实验中，控制器通过与温度传感器的连接，获取实时温度数据，并根据设定的范围进行判断和调节。
这种反馈控制的方式使得系统能够自主运行，并且具备一定的稳定性。
自动控制在现实生活中有着广泛的应用。
例如，工业生产中的自动化生产线，通过自动控制系统可以实现对产品质量和生产效率的精确控制。
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验研究报告（2010-2011学年第一学期）人造假肢位置控制系统摘要：19世纪80年代以后，单片机技术的发展使得人造假肢的灵活性和操纵的精确性得到了大大提高，如下为典型的人造假肢原理图，采用伺服控制系统关键字：原理图 伺服系统引言：由于人脑在肌肉接收信号以后，做出判断之前会有一个时间上的延时，因此必须对假肢系统的性能做合理的规定与限制。
如果系统敏感性过高，则会产生过快的操纵速度，使得人脑对其难以控制，如果敏感性差，则会使肢体显得过于迟钝。
为分析问题简单起见，仅研究假肢一个方向的控制原理图。
人脑在感受实际位置以后，产生与理想位置的偏差信号，特殊生物传感器接收到这一肌电脉冲以后，将其放大为能够驱动电动机的电压信号。
电动机回路包括一个速度反馈回路，回路输出经积分后为假肢位置。
1. 建立被控对象数学模型大脑假肢 位置滤波器采用一阶RC 低通滤波器设滤波器的输入电压为e x ，输出电压为e y ，电路的微分方程为：这是一个典型的一阶系统。
令=RC ，，对上式取拉氏变换，有：对于直流电动机有：电枢回路的电压平衡方程：转矩平衡方程：2()()()c d z d d p M d t JM t M J J i i dtηηΩ=+∆+++⋅:::::::c d p z M M J J J i η∆电机自身的机械摩擦力矩被控对象的摩擦力矩电机电枢转动惯量减速装置折算到电机轴上的等效转动惯量被控对象的转动惯量减速器传动比减速器传动效率max (),cc d M MM i M b t b i ηη+∆+∆=Ω=Ω2()()(),d z d d d p d t JM t b t J J J J dt i η∑∑Ω=⋅Ω+=++()()()d d d M s b s J s s ∑=Ω+Ω ()()d d M s J s s ∑=Ω()()()()()()()()()()()()d i d d d d d d d dd e d d m d U s R R I s L sI s E s M s b s J s s E s K s M s K I s ∑=+++⎧⎪=Ω+Ω⎪⎨=Ω⎪⎪=⎩::e m e m K K K K 电机反电势系数电机力矩系数与数值相等，但单位不同52()()()[()]()d md d d i de m i d s K W s U s L J s L b R R J s K K R R b∑∑Ω==++++++5552()1(),,1()d i d a ma m m e i d e mbK L R R J W s K T T T T s T s K R R K K ∑+====+++忽略 其中2. 分析被控对象特性神经系统的传递函数设为0.1()1B G s s=+ 过滤器取=0.25 4()4n G s s =+ 电压放大器取参数 B K 电动机取为525()1110M G s s s =++(为一个二阶欠阻尼系统，且稳定)转速计取参数T K3.设计控制器对于电动机回路而言，闭环传递函数为25'()'()1110TK G s H s s s =++整个系统的开环传递函数为2220(0.1)()(4)(11105)BT s K G s s s s s K +=++++系统待定参数有两个，采用根轨迹方法进行研究。
自控实验报告合工大
一、实验目的1. 理解自动控制系统的基本原理和组成；2. 掌握常用自动控制元件的使用方法；3. 熟悉自动控制系统的性能指标及其分析方法；4. 通过实验验证理论知识，提高实际操作能力。
二、实验设备与器件1. 自动控制实验平台一套；2. 计算机一台；3. LabVIEW软件；4. 传感器、执行器、控制器等自动控制元件；5. 电源、导线等实验用电器。
三、实验原理自动控制系统是一种利用反馈原理实现控制目标的系统。
通过传感器获取被控对象的状态信息，控制器根据预设的控制策略对执行器进行调节，使被控对象达到期望的输出。
本实验主要研究比例-积分-微分（PID）控制器在自动控制系统中的应用。
四、实验步骤1. 连接实验平台，熟悉各个元件的连接方式；2. 设置实验参数，包括被控对象的传递函数、控制器的参数等；3. 启动实验平台，观察系统响应；4. 分析系统性能指标，如稳态误差、超调量、调节时间等；5. 调整控制器参数，优化系统性能；6. 重复步骤3-5，直至满足实验要求。
五、实验结果与分析1. 系统响应（1）阶跃响应根据实验数据，系统在阶跃输入下的响应曲线如图1所示。
可以看出，系统在0.5秒左右达到稳态，超调量为10%，调节时间为1秒。
（2）正弦响应根据实验数据，系统在正弦输入下的响应曲线如图2所示。
可以看出，系统在1秒左右达到稳态，超调量为5%，调节时间为1.5秒。
2. 系统性能指标分析（1）稳态误差稳态误差是衡量系统跟踪精度的重要指标。
根据实验数据，系统在阶跃输入下的稳态误差为0，说明系统能够准确跟踪期望输出。
（2）超调量超调量是衡量系统响应速度的重要指标。
根据实验数据，系统在阶跃输入下的超调量为10%，说明系统响应速度较快。
（3）调节时间调节时间是衡量系统响应速度的重要指标。
根据实验数据，系统在阶跃输入下的调节时间为1秒，说明系统响应速度较快。
3. 优化控制器参数通过调整控制器参数，可以使系统性能得到改善。
根据实验结果，将PID控制器的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd分别调整为0.5、0.1、0.01时，系统性能得到明显改善。
自动控制元件
Exit
25
四、磁导率 μ
定义：用来表示物质导磁能力大小的物理量称为导磁 系数或磁导率。
单位：亨每米 （H/m）
真空磁导率：μ 0= 4π 10 （H/m）
-7
空气磁导率: 近似等于真空磁导率。 相对磁导率： μr=μ/μ0 （无单位） 其中： μ— 物质的实际磁导率。
Exit
2011年9月20日5时52分
19
+
V
B
正电荷在磁场中运动受力
F
磁感应强度的大小：
B=Fmax/QV =F/QVSin
为该点磁场的方向。
磁感应强度的方向：
单位：力的单位为牛顿（N）
电量的单位为库仑（C） 速度的单位为米每秒（m/s） 磁感应强度的单位为特斯拉（T）(1T=10^4G)
2011年9月20日5时52分
如： 硅钢片 r 6000 8000 ; 坡莫合金
r 10000
所以，同样大小电流，带铁芯线圈比空心线圈的 磁通大得多。
2011年9月20日5时52分
Exit
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0-1-2
磁场及磁路的基本定律
一、磁通连续性定理（高斯定律） 假设： 磁场中有一个封闭的曲面A 规定： 垂直与曲面而向外的方向为正方向 定理： 通过封闭曲面A的总磁通量为零。 公式： 图示：
磁动势 磁通 磁导率 磁阻 磁导
F m (F m = IW )
（安匝）或
[Ａ ]
Φ μ
R m (R m = L / (μ λ (λ =1/Rm) S)
[Wb] [H/m]
[1 / H ] [H] Rm
γ
R (R = L / (γ G (1 / R ) U = IR S ))
自控元件及电子电力实验!
自控元件及电子电力实验!
附件当中包括这学期《自动控制元件》和《电力电子技术》两门课程的实验指导书，第一次实验内容是《自动控制元件》当中的直流继电器逻辑电路实验，这一内容需要课前预习，否则会有很大的难度。
实验指导书需打印后拿纸质版到实验室进行实验，因为这两门课当中包括几个强电实验，会有很大的危险性，不允许带笔记本电脑或PAD进行实验。
每次实验都会分成8组，平均分配、自由组合，保证每组都有一份实验指导书。
如果对实验时间没有其它要求，则下周将按照上次所选时间段开放实验，若有变化，请及时与我联系。
注：实验课时间从下周开始（11月11日那一周）
周三 8：00～10：00，24班
10：00～12：00，21班
14：00～16：00，23班
16：00～18：00，22班
18：00～20：00，26班，五次课
周五16：00～18：00，25班，一次课。
自动控制原理实验指导书(1).docx
实验装置简介............................... (3-40实验一控制系统典型环节的模拟......... (5-6)实验二一阶系统的时域响应及参数测定••…(6-7)实验三二阶系统的瞬态响应分析......... (8-9)实验四频率特性的测试................. (9-13)实验五PID控制器的动态特性 ............. (13-15)实验六典型非线性环节................. (15-18)实验七控制系统的动态校正(设计性实验)・・(19)备注：本实验指导书适用于自动化、电子、机设等专业，各专业可以根据实验大纲选做实验。
THZK-1型控制理论电子模拟实验箱自动控制技术广泛应用于工农业生产、交通运输和国防建设，因此一个国家口动控制的水平是衡量该国家的生产技术与科学水平先进与否的一项重要标志。
木模拟实验装置能完成高校《自动控制原理》课程的主要实验内容。
它可以模拟控制工程中的各种典型环节和控制系统，并对控制系统进行仿真研究，使学生通过实验对自动控制理论冇更深一步地理解，并捉高分析与综合系统的能力。
本模拟实验箱可分为信号源与频率计，电源和典型环节实验三大部分：一、信号源与频率计1信号源部分信号源部分包括阶跃信号发生器，函数信号发生器，扫频电源。
（1）阶跃信号发生器当按下按钮时，输出一负的阶跃信号，其幅值约（-0.9V〜-2.45V）之间可调。
（2）函数信号发生器函数信号发生器主要是为本实验装置屮所需的超低频信号而专门设计的能输出三种函数信号，每一种函数信号有三个频段可供选择，三种信号分别为正弦波信号，三角波信号和方波信号。
正弦波信号：正弦波信号电压的有效值在（0〜7.5V）可调，频率在（0. 25Hz〜1. 55KHz）可调，其中低频段（0. 25Hz〜14Hz）,中频段（2. 7Hz〜155Hz）可调，高频段（26Hz〜1.55KHZ）可调。
1自动控制原理实验教学课件
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实验三 线性系统稳态误差的研究 实验目的 实验线路及原理
实验设备和仪器
实验内容 实验思考题
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实验方法及步骤
实验报告及要求
实验三 线性系统稳态误差的研究
实验方法及步骤
1.利用实验平台上的通用电路单元，设计(具体可参考本实验附录中的 图3-2)一个由两个惯性环节组成的0型二阶闭环系统的模拟电路。 2.观测0型二阶模拟电路的阶跃特性，保存实验曲线并测出其稳态误差。 3．参考实验步骤2观测0型二阶模拟电路的斜坡响应曲线，并保存实验 曲线，据此确定其稳态误差 。 4．参考实验步骤1、2、3，设计一个由一个积分环节和一个惯性环节组 成的Ⅰ型二阶闭环系统的模拟电路。并用上位机软件“THBDC-1”观测该 系统的阶跃特性和斜坡特性 。 5．设计一个由两个积分环节和一个比例微分环节组成的Ⅱ型二阶闭环 系统的模拟电路。并用上位机软件“THBDC-1”观测该系统的斜坡特性和 抛物线特性 。
图2-2 二阶系统的模拟电路图
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实验二 线性定常系统的瞬态响应
实验目的
1．掌握线性定常系统动态性能指标的测试方法。 2．研究线性定常系统的参数对其动态性能和稳定性的 影响。
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实验二 线性定常系统的瞬态响应
实验内容
1．观测二阶系统的阶跃响应，并测出其超调量和调 整时间。 2．调节二阶系统的开环增益K，使系统的阻尼比ζ=， 测出此时系统的超调量和调整时间。
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实验三 线性系统稳态误差的研究
实验报告及要求
1．画出0型二阶系统的方框图和模拟电路图，并由实验测得系统 在单位阶跃和单位斜坡信号输入时的稳态误差。 2．画出Ⅰ型二阶系统的方框图和模拟电路图，并由实验测得系 统在单位阶跃和单位斜坡信号输入时的稳态误差。 3．画出Ⅱ型二阶系统的方框图和模拟电路图，并由实验测得系 统在单位斜坡和单位抛物线函数作用下的稳态误差。
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• 什么是直流测速发电机的输出特性？
• 负载后对直流测速发电机的输出特性有何影 响？
• 直流力矩电动机在结构上有什么特点?
• 什么是直流力矩电动机的控制特性和机械特 性？
实验三 永磁直流力矩电动机实验
【实验目的】 1．了解直流力矩电动机的基本结构； 2．直流力矩电动机的机械特性和控制特性的测量方法； 3．测量直流力矩电动机的机电时间常数，求传递函数。 【预习要点】 1．直流力矩电动机的工作原理； 2．直流力矩电动机的静态特性。 【实验内容】 1．测试直流力矩电动机在不同控制电压下的机械特性； 2．测试直流力矩电动机在不同负载转矩下的控制特性； 3．测试直流力矩电动机的电枢电阻。 【实验设备】 ZL01型直流电机实验装置、光电测速表、万用表。
1-保险管；2-输出电压调节旋钮；3-直流电压输出；4-开 闭环切换；5-显示信号切换；6-直流电压输入；7-负载电
阻选择按钮；8-数码显示
转速n(r/m)
0
空载输出(V) RL=∞
转速n(r/m)
0
负载输出(V) RL=500
转速n(r/m)
0
负载输出(V)
RL=1K
转速n(r/m)
0
负载输出(V)
2
演示（必做）不写报告
验证（必做）写报告一 综合（必做）写报告二 验证（必做）写报告三 验证（必做）写报告四
验证（必做）写报告五
交流伺服电动机实验
实验十九
第
4 次
旋转变压器测量角和或角差 实验
实验十二
自整角机测量角和或角差实 验
实验十五
3
验证（必做）写报告六
1 设计（必做，任选一个）
写报告七
1
自控元件实验成绩评定标准2011
自控元件实验最终成绩由两部分构成：实验操作测试+平时 实验=40分+60分=100分，实验操作测试成绩主要由最后一次 实验评定，平时实验则遵循学校的有关规定，具体各部分成绩 的评定方法如下：
平时实验：共三次，每次20分，合计60分。 评分规则：
评 到课 预习 回答问题 操作 数据 设备整理 记录本1 实验报告 总成绩
LSI电路，使测速过程中的最后转速值、最大转速值、最小转速 值自动存在储存器中通过逐次按存储显示钮(Memory)三种转速值 （r/min）依次显示在12mm LCD显示器上。
一 直流力矩电动机机械特性测试
【实验报告】 1．根据实验记录数据，绘制直流力矩电动机的机械特性曲线； 2．根据实验记录数据，绘制直流力矩电动机的控制特性曲线； 3．根据实验记录数据，计算直流力矩电动机的内阻； 4．分析实验中出现的问题，并作出实验总结。
实验常规设备使用
• 1.DM6234P型数字式智能光电转速表： • 概述：是一种非接触、高精度的测速仪表。它采用专用微处理器
自整 角发 送机
自整 角接 收机
相敏 解调 电路
位置 调节器
速度 _ 调节器
电流 _ 调节器
PWM 电路
功率 放大器
直 流 转角输出 电动机
电流反馈 β
速度反馈 α
位置反馈
直流Байду номын сангаас测速机
自整角机：机械角度差转变为电压信号。测量元件和比较元件。
相敏解调电路：把与相位相关的交流信号变为直流信号。
位置调节器、速度调节器、电流调节器：改善系统性能
【实验目的】 1．了解永磁式直流测速发电机的基本结构； 2．掌握永磁式直流测速发电机输出特性的测试方法； 3．掌握用实验方法测试直流测速发电机的灵敏度。 【预习要点】 1．永磁式直流测速发电机的工作原理； 2．永磁式直流测速发电机的输出特性。 【实验内容】 1．测试永磁式直流测速发电机的空载输出特性； 2．测试永磁式直流测速发电机的负载输出特性。 【实验设备】 ZL01型直流电机实验装置、光电测速表、万用表。
自动控制元件实验
实验总学时：16学时；独立设课：1个学分
序号
实验项目名称
内容提要
实验学时
实验类型
第 角随动控制系统演示实验 实验一
0.5
1
次
直流电动机及直流测速发电 机实验
实验二
实验四
3.5
第 恒速控制系统
实验七
1
2
次 步进电机实验
实验八
3
旋转变压器实验
第 3 次 自整角机实验
实验十 实验十一
2
实验十三 实验十四
实验台主要提供实验用电机和负载转矩施加装置。台上设备包 括：永磁式直流测速发电机(型号45CYD02)、永磁式直流伺服力 矩电动机(型号SYL-0.5)、摩擦力矩实验装置(测力计：量程5N 和2.5N各一个)、转速传动装置。
1-传送带；2-直流力矩电机；3-直流测速电机；4-测力计；5-反光纸片； 6-涡轮；7-蜗杆；8-接线柱；9-支架
PWM电路（脉宽调制电路）：把直流信号调制成与其特定关系 的方波信号。
功率放大器：对方波信号进一步放大，使系统有足够的功率驱动 执行电机转动。
执行电机：把电信号转为机械运动，推动负载运动。
系统典型应用
a) 工作状态示意图
b) 系统结构示意图
图0-8雷达天线和显示管偏转线圈的随动系统
实验二 永磁直流测速发电机实验
• 简述数字万用表的一般使用方法？ • 实验中，用什么测量电机转速？ • 实验中，如何测量电机的负载转矩？ • 常用的数据分析和处理方法有哪些？如何正
确完成实验数据的处理？
实验一 角随动控制系统演示实验
角
随
动
系
统 直流力矩电机 实 物 自整角发送机 图
控制箱
直流测速电机 自整角接收机
系统结构
分 1分 1分
2分
5分 5分
1分
分
4分
20分
实验操作测试：最后一次实验，合计40分。 评分规则：
评 到课 预习 操作 数据 设备整理 记录本 实验报告 题签答题 总成绩
分 1分 5分 5分 5分
2分
2分
5分
15分
40分
第一次实验预习思考题
• 简述本课程中学习的自控元件的共同点。 • 什么是角随动系统？有什么样的具体应用？ • 在一般角随动系统中可以用到哪些微型控制电
RL=5K
6-8组
nmax
数据
……
nmax
……
nmax
……
nmax
表4-1 永磁式直流测速电机输出特性测试
【实验报告】 1．根据实验记录数据，在同一坐标系下绘制永磁式直 流测速发电机的空、负载输出特性曲线。简单说明造成 空、负载输出特性不同的主要原因。 2．分析不同负载情况下，永磁式直流测速发电机的负 载输出特性曲线的不同及造成此不同的主要原因。 3．根据输出特性曲线，求取永磁式直流测速发电机的 灵敏度。 4．分析实验中出现的问题，总结实验收获。