2021年北航自动控制原理实验报告1-4合集
北航自动控制系统原理实验资料报告材料1-4合集
自动控制原理实验报告实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验二频率响应测试实验三控制系统串联校正实验四控制系统数字仿真：学号：单位：仪器科学与光电工程学院日期：2013年12月27日实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试一、实验目的1. 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。
2. 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。
3. 学习阶跃响应的测试方法。
二、实验容1. 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。
2. 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。
三、实验原理1．一阶系统：系统传递函数为：模拟运算电路如图1- 1所示：图1- 1由图1-1得在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C取不同的时间常数T分别为：0.25、0.5、12．二阶系统:其传递函数为：令=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示：图1-2根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示：图1-3取R2C1=1 ，R3C2 =1，则及ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1四、实验步骤1. 确定已断开电子模拟机的电源，按照实验说明书的条件和要求，根据计算的电阻电容值，搭接模拟线路；2. 将系统输入端与D/A1相连，将系统输出端与A/D1相；3. 检查线路正确后，模拟机可通电；4. 双击桌面的“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。
5. 在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出的对话框中阶跃信号幅值选1伏，单击按钮“硬件参数设置”，弹出“典型环节参数设置”对话框，采用默认值即可。
6. 单击“确定”，进行实验。
完成后检查实验结果，填表记录实验数据，抓图记录实验曲线。
五、实验设备HHMN-1电子模拟机一台、PC机一台、数字式万用表一块六、实验数据T 0.25 0.5 1R2 250K 500K 1MC 1μF 1μF 1μFTs理论0.75s 1.5s 3.0sTs实测0.763s 1.543s 3.072sTs误差 1.73% 2.87% 2.40%响应图形图1 图2 图3图2图3ζ0.25 0.5 1 R4 2M 1M 500K C2 1μF 1μF 1μF σ%理论33.08% 16.48% 0 σ%实测33.89% 16.79% 0 σ%误差 2.45% 1.88% 0 Ts理论8.643s 5.307s 4.724s Ts实测8.752s 5.398s 4.808s Ts误差 1.26% 1.71% 1.78% 响应曲线图4 图5 图6图5图6七、误差分析1. 电阻的标称值和实际值有误差。
北航计算机控制系统实验报告
北航计算机控制系统实验报告一、实验目的通过本实验，旨在加深对计算机控制系统的理解，熟悉计算机控制系统的基本组成和原理，并能够运用所学知识进行实际的控制系统设计与调试。
二、实验原理计算机控制系统是一种通过计算机对实际物体或过程进行控制的系统。
其基本组成包括传感器、执行机构、人机界面、控制算法和控制器等。
传感器负责将物理量转换成电信号，输入给计算机；执行机构根据计算机的控制信号完成相应的动作；人机界面提供了与计算机进行交互的方式；控制算法基于传感器采集到的信息和用户的输入，计算出执行机构所需的控制信号；控制器根据控制算法输出的控制信号与执行机构进行交互。
三、实验内容本实验的主要内容为设计一个自动化温控系统。
系统包括一个温度传感器、一个加热器和一个温度控制器。
温度传感器负责采集环境温度，并将其转换成模拟电信号输入给温度控制器；加热器根据温度控制器输出的控制信号控制加热功率，从而调节环境温度；温度控制器根据温度传感器采集到的温度信号和用户设定的目标温度，计算出加热功率控制信号。
四、实验步骤1.连接硬件设备将温度传感器的输出接口与温度控制器的输入接口相连；将温度控制器的输出接口与加热器的输入接口相连。
2.设计控制算法根据用户设定的目标温度和实际温度，设计一个控制算法，计算出加热功率控制信号。
常见的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法等。
3.编写控制程序使用编程语言编写一个控制程序，根据控制算法计算出的控制信号，通过温度控制器的输出接口发送给加热器。
4.调试控制系统运行控制程序，观察温度控制系统的运行情况。
根据实际温度与目标温度的偏差调整控制算法的参数，使系统达到较好的控制效果。
五、实验结果分析运行实验过程中，通过观察实际温度与目标温度的偏差，可以评估系统的控制效果。
根据实际情况，调整控制算法的参数，使系统的响应速度更快、稳定性更好。
六、实验总结通过本实验，我对计算机控制系统的基本原理和组成有了更深入的理解，掌握了控制系统的设计与调试方法，并在实践中提高了解决实际问题的能力。
北航自动控制原理实验报告1-4合集之欧阳学创编
自动控制原理实验报告实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验二频率响应测试实验三控制系统串联校正实验四控制系统数字仿真姓名：学号：单位：仪器科学与光电工程学院日期：2013年12月27日实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试一、实验目的1. 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。
2. 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。
3. 学习阶跃响应的测试方法。
二、实验内容1. 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。
2. 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。
三、实验原理1．一阶系统：系统传递函数为：模拟运算电路如图1- 1所示：图 1- 1由图 1-1得在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C取不同的时间常数T分别为： 0.25、 0.5、12．二阶系统:其传递函数为：令=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示：图1-2根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示：图1-3取R2C1=1 ，R3C2 =1，则及ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1四、实验步骤1.确定已断开电子模拟机的电源，按照实验说明书的条件和要求，根据计算的电阻电容值，搭接模拟线路；2. 将系统输入端与D/A1相连，将系统输出端与A/D1相；3. 检查线路正确后，模拟机可通电；4. 双击桌面的“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。
5. 在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出的对话框中阶跃信号幅值选1伏，单击按钮“硬件参数设置”，弹出“典型环节参数设置”对话框，采用默认值即可。
6. 单击“确定”，进行实验。
完成后检查实验结果，填表记录实验数据，抓图记录实验曲线。
五、实验设备HHMN-1电子模拟机一台、PC机一台、数字式万用表一块六、实验数据图2图3图5图6七、误差分析1. 电阻的标称值和实际值有误差。
西北工业大学航天学院自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告实验名称：线性系统的时域分析实验日期：2017.9.29，2017.11.14小组成员：目录一、典型环节的模拟研究 (3)1.实验目的 (3)2.实验原理及说明 (3)3.实验内容及实验结果 (3)3.1观察比例环节的阶跃响应曲线 (4)3.2观察惯性环节的阶跃响应曲线 (7)3.3观察积分环节的阶跃响应曲线 (10)3.4观察比例环节的阶跃响应曲线 (13)3.5观察比例微分环节的阶跃响应曲线 (16)3.6观察PID（比例积分微分）环节的阶跃响应曲线 (17)4.结果分析 (20)二、二阶系统瞬态响应和稳定性 (21)1.实验目的 (21)2.实验原理及说明 (21)3.实验内容及实验结果 (23)4.结果分析 (29)一、典型环节的模拟研究1.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。
2.实验原理及说明①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。
②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。
③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。
④典型环节的结构图及传递函数3.实验内容与实验结果3.1观察比例环节的阶跃响应曲线 典型比例环节模拟电路如下图所示。
传递函数：1(S)(S)(S)R R K K U U G i O === 单位阶跃响应：K )t (U =1)实验步骤（1）构造模拟电路：安置短路套及测孔联线，表如下。
（a ）安置短路套 （b ）测孔联线（2）将A/D-D/A 转换（B2）DAOUT （矩形波）作为系统输入信号Ui,运行SACT 程序，选择线性系统时域分析项，点击启动实验项目弹出实验界面后，在“波形控制区”设置矩形波参数，设置矩形波“幅度”为4V ，“正脉宽”为1秒。
北航自动控制原理实验报告(完整版)
自动控制原理实验报告一、实验名称：一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 二、实验目的1、了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系2、学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法3、学习阶跃响应的测试方法三、实验内容1、建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间常数T 时的响应曲线，测定过渡过程时间T s2、建立二阶系统电子模型，观测并记录不同阻尼比的响应曲线，并测定超调量及过渡过程时间T s四、实验原理及实验数据 一阶系统系统传递函数：由电路图可得，取则K=1， T 分别取：0.25, 0.5, 1T 0.25 0.501.00 R 2 0.25M Ω 0.5M Ω 1M Ω C1μ1μ1μT S 实测 0.7930 1.5160 3.1050 TS 理论 0.7473 1.4962 2.9927 阶跃响应曲线图1.1图1.2图1.3误差计算与分析（1）当T=0.25时，误差==6.12%；（2）当T=0.5时，误差==1.32%；（3）当T=1时，误差==3.58%误差分析：由于T 决定响应参数，而,在实验中R 、C 的取值上可能存在一定误差，另外，导线的连接上图1.1图1.2图1.3也存在一些误差以及干扰，使实验结果与理论值之间存在一定误差。
但是本实验误差在较小范围内，响应曲线也反映了预期要求，所以本实验基本得到了预期结果。
实验结果说明由本实验结果可看出，一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线，特征有T 确定，T 越小，过度过程进行得越快，系统的快速性越好。
二阶系统系统传递函数：令二阶系统模拟线路0.25 0.50 1.00 R 4210.5C 2111实测 45.8% 16.9% 0.6% 理论 44.5% 16.3% 0% T S 实测13.98605.48954.8480T S 理论 14.0065 5.3066 4.8243 阶跃响应曲线图2.1图2.2图2.3注：T s 理论根据matlab 命令[os,ts,tr]=stepspecs(time,output,output(end),5)得出，否则误差较大。
自动控制原理实验报告
北京航空航天大学自动控制原理实验报告学院能源与动力工程学院专业方向飞行器动力工程班级 140416学号 ********学生姓名蓝健文实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试一、实验目的1.了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。
2.学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。
3.学习阶跃响应的测试方法。
二、实验内容1.建立一阶系统的电子模型，观测并记录在不同时间常数T时的阶跃响应曲线，并测定其过渡过程时间,即调节时间 t s。
2.建立二阶系统的电子模型，观测并记录在不同阻尼比ζ时的阶跃响应曲线，并测定其超调量σ%及过渡过程时间 t s。
三、实验原理1、一阶系统系统传递函数为：ϕ(s)=C(s)R(s)=KTs+1模拟运算电路如图1所示：图 1 由图 1 得U0(s) U i(s)=(R2/R1)R2Cs+1=KTs+1实验当中始终取R2=R1,则K=1，T=R2C，取不同的时间常数T，T=0.25s、T=0.5s、T=1s，记录阶跃响应曲线，测量过渡过程时间 t s。
将参数及指标填在后面数据分析部分的表1中。
2、二阶系统其传递函数为：ϕ(s)=C(s)R(s)=ωn2s+2ζωn2s+ωn2令ωn=1 rad/s，则系统结构如图2所示：图 2根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图3所示：图 3取R2 C1=1 ，R3 C2 =1，则R4 R3=R4C2=12ζ及ζ=1 2R4C2ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1 ,观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量σ% ,计算过渡过程时间 t s。
将参数及各项指标填入数据分析部分的表2中。
以上实验，配置参数时可供选择的电阻R值有100kΩ,470kΩ(可调),2.2MΩ(可调),电容C值有1μF，10μF。
四、实验设备1.数字计算机2.电子模拟机3.万用表4.测试导线五、实验步骤1. 熟悉HHMN-1 型电子模拟机的使用方法，将各运算放大器接成比例器，通电调零。
北航自控实验报告
北航自控实验报告北航自控实验报告自控实验是北航自动化专业学生的重要课程之一，通过实验，学生能够巩固和应用所学的自动控制理论知识，提高实践能力。
本文将从实验目的、实验内容、实验结果和实验总结等方面，对北航自控实验进行详细介绍。
实验目的自控实验的目的是通过实际的控制系统，让学生了解自动控制的基本原理和方法，培养学生的实际操作能力和问题解决能力。
通过实验，学生能够掌握控制系统的建模、仿真和实际控制过程中的参数调整方法，提高自己的工程实践能力。
实验内容北航自控实验包括多个实验项目，其中包括PID控制器的设计与调整、系统建模与仿真、状态空间控制等。
在PID控制器的设计与调整实验中，学生需要根据给定的控制要求，设计出合适的PID控制器，并通过调整PID参数来实现系统的稳定性和性能要求。
在系统建模与仿真实验中，学生需要根据给定的系统动力学方程，建立系统的数学模型，并通过仿真软件进行系统的动态仿真。
在状态空间控制实验中，学生需要学习和应用状态空间法进行系统的控制设计。
实验结果通过实验，学生能够得到实验结果，并进行分析和总结。
实验结果包括系统的响应曲线、参数调整结果等。
学生需要根据实验结果，评估系统的控制性能，并对控制器的参数进行调整。
通过实验结果的分析，学生能够深入理解自动控制的原理和方法，并提高自己的问题解决能力。
实验总结自控实验是北航自动化专业学生的重要课程之一，通过实验，学生能够将理论知识应用到实践中，并提高自己的实际操作能力和问题解决能力。
在实验过程中，学生需要仔细操作实验设备，准确记录实验数据，并进行数据分析和总结。
通过实验总结，学生能够发现实验中存在的问题，并提出改进措施，提高自己的实验技巧和创新能力。
总之，北航自控实验是自动化专业学生不可或缺的一部分，通过实验，学生能够巩固和应用所学的自动控制理论知识，提高实践能力。
通过实验目的、实验内容、实验结果和实验总结等方面的介绍，相信读者对北航自控实验有了更加深入的了解。
自控制原理实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解自控制原理的基本概念和基本方法。
2. 掌握典型控制系统的组成和基本工作原理。
3. 学习使用实验仪器，进行控制系统模拟实验。
4. 分析和评估控制系统的性能指标，提高对控制系统设计和优化的认识。
二、实验仪器与设备1. EL-AT-III型自动控制系统实验箱一台2. 计算机一台3. 万用表一个三、实验原理1. 自控制原理基本概念：自控制原理是研究如何利用反馈信息来控制系统的行为，使其达到预定的目标。
其基本原理是：通过将系统的输出信号反馈到输入端，与输入信号进行比较，产生误差信号，然后根据误差信号调整系统的控制策略，以达到控制目标。
2. 典型控制系统组成：典型控制系统通常由控制器、被控对象、反馈环节和执行机构组成。
3. 控制系统模拟实验：利用实验箱和计算机，通过模拟电路搭建典型控制系统，进行实验研究。
四、实验内容1. 实验一：典型环节及其阶跃响应- 实验目的：掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法，掌握控制系统时域性能指标的测量方法。
- 实验步骤：1. 搭建一阶系统的模拟电路。
2. 通过计算机等测量仪器，测量系统的输出，得到系统的动态响应曲线及性能指标。
3. 改变系统的参数，分析参数对系统性能的影响。
2. 实验二：二阶系统阶跃响应- 实验目的：了解二阶系统的阶跃响应特性，掌握二阶系统的性能指标。
- 实验步骤：1. 搭建二阶系统的模拟电路。
2. 通过计算机等测量仪器，测量系统的输出，得到系统的阶跃响应曲线及性能指标。
3. 分析二阶系统的性能指标，如上升时间、超调量、调节时间等。
3. 实验三：连续系统串联校正- 实验目的：学习连续系统串联校正方法，提高控制系统的性能。
- 实验步骤：1. 搭建连续系统的模拟电路。
2. 分析系统的性能指标，确定校正方法。
3. 通过计算机等测量仪器，测量校正后的系统输出，评估校正效果。
五、实验结果与分析1. 实验一：通过搭建一阶系统的模拟电路，测量系统的输出，得到系统的动态响应曲线及性能指标。
北航自控实验报告
北航自控实验报告北航自控实验报告自控是自动控制的简称，是一门涉及控制理论和控制工程的学科。
在工程领域中，自控技术的应用非常广泛，可以用于飞行器、机械设备、电力系统等各个领域。
为了更好地理解和应用自控技术，我参与了北航自控实验。
实验一：PID控制器的设计与调试PID控制器是自控领域中最常用的一种控制器，它由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个控制环节组成。
在这个实验中，我们需要设计和调试一个PID控制器，以实现对一个电机转速的控制。
首先，我们在实验室里搭建了一个小型的电机转速控制系统。
通过连接电机和传感器，我们可以测量电机的转速，并将其反馈给控制器。
接下来，我们使用Matlab/Simulink软件进行PID控制器的设计。
通过调整PID控制器的参数，我们可以实现对电机转速的精确控制。
在调试过程中，我们遇到了一些挑战。
初始时，电机的转速波动较大，无法稳定在我们期望的值。
通过分析，我们发现PID控制器的参数需要进行适当的调整。
通过多次试验和参数调整，我们最终成功实现了对电机转速的稳定控制。
实验二：状态空间控制系统的建模与分析状态空间方法是一种用于描述和分析控制系统的数学工具。
在这个实验中，我们需要建立一个状态空间控制系统的数学模型，并进行分析。
我们选择了一个简单的倒立摆系统作为研究对象。
通过将系统分解为多个状态变量，并建立它们之间的动态方程，我们得到了一个状态空间模型。
接下来，我们使用Matlab软件进行模型的仿真和分析。
在仿真过程中，我们改变了系统的初始条件和外部扰动，观察了系统的响应。
通过分析仿真结果，我们可以得出一些结论。
例如，当初始角度较大时，系统的稳定性会受到影响；当外部扰动较大时，系统的响应会变得不稳定。
这些结论对于设计和优化控制系统非常有价值。
实验三：模糊控制系统的设计与实现模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，它可以处理那些难以用精确数学模型描述的系统。
在这个实验中，我们需要设计和实现一个模糊控制系统，以实现对一个小型车辆的路径跟踪。
北航自动控制系统原理实验资料报告材料1-4合集
自动控制原理实验报告实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验二频率响应测试实验三控制系统串联校正实验四控制系统数字仿真：学号：单位：仪器科学与光电工程学院日期：2013年12月27日实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试一、实验目的1. 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。
2. 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。
3. 学习阶跃响应的测试方法。
二、实验容1. 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。
2. 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。
三、实验原理1．一阶系统：系统传递函数为：∅(S)=C(S)R(S)=KTS+1模拟运算电路如图1- 1所示：图 1- 1由图 1-1得U0(S)U i(S)=R2/R1R2CS+1=KTS+1在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C取不同的时间常数T分别为： 0.25、 0.5、12．二阶系统:其传递函数为：ϕ(S)=C(S)R(S)=ωn2S2+2ζωnS+ωn2令ωn=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示：图1-2根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示：图1-3取R2C1=1 ，R3C2 =1，则R 4R 3=R 4C 2=12ξ及 ξ=12R 4C 2ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1四、实验步骤1. 确定已断开电子模拟机的电源，按照实验说明书的条件和要求，根据计算的电阻电容值，搭接模拟线路；2. 将系统输入端 与D/A1相连，将系统输出端 与A/D1相；3. 检查线路正确后，模拟机可通电；4. 双击桌面的“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。
5. 在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出的对话框中阶跃信号幅值选1伏，单击按钮“硬件参数设置”，弹出“典型环节参数设置”对话框，采用默认值即可。
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。
北航自动控制原理实验
成绩北京航空航天大学自动控制原理实验报告学院数学与系统科学学院专业方向系统与控制班级110923学号11091060学生姓名李健兴指导教师自动控制与测试教学实验中心实验七非线性环节对系统动态过程的响应一、实验目的1. 了解非线性环节特性；2. 了解非线性环节对系统动态过程的响应；3. 学会应用描述函数法研究非线性系统的稳定性。
二、实验内容2. 非线性环节由计算机模拟产生，它们分别是：(1) 磨擦特性，如图7.3。
M=1图7.3(2) 饱和特性，如图7.4。
K=1，S=0.5图7.4(3) 继电特性，如图7.5。
M=1，h=0.5图7.5三、实验原理1. 非线性系统和线性系统存在本质差别：（1）线性系统可采用传递函数、频率特性、脉冲过渡函数等概念，同时由于线性系统的运动形式和输入幅值、初始状态无关，通常是在典型输入函数和零初始条件下进行研究。
（2）非线性系统由于叠加原理不成立，线性系统的上述方法不适用，所以常采用相平面方法和描述函数方法进行研究。
2. 实验从两方面观察非线性：相轨迹和动态响应（1）相轨迹：相平面上的点随时间变化描绘出来的曲线叫相轨迹。
相平面的相坐标为C和dC，实验软件当中给出的就是在此坐标下自动描绘的相轨迹。
初始条件不同，系统的运动趋势不同，所描绘的相轨迹也会有所不同。
（2）动态响应：对比有无非线性环节时系统动态响应过程。
四、实验设备1.HHMN-1型电子模拟机一台。
2.PC机一台。
3.数字式万用表一块。
五、实验数据1、绘制相轨迹和动态响应曲线：（1）系统无非线性环节（2）磨擦特性，M=1(3) 饱和特性，K=1，S=0.5S=2时，(4) 继电特性，M=1，h=0.5六、结果分析2、饱和特性：饱和特性的等效增益曲线表明，饱和现象将使系统的开环增益在饱和区时下降。
控制系统设计时，为使功放元件得到充分利用，应注使功放级首先进入饱和；为获得较好的动态性能，应通过合适选择线性区增益和饱和电压，使系统既能获得较小的超调量，又能保证较大的开环增益，减小稳态误差。
自动控制原理实验报告(自动化专业电子版)
精心整理自动控制原理实验报告课程编号：ME3121023专业班级实验目的和要求：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、12341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：1．2．3．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：6．123、123的原因。
（七）、记录实验数据：、实测实验二二阶系统的性能研究（一）、实验目的：通过实验加深理解二阶系统的性能指标同系统参数的关系。
（二）、实验内容：1、二阶系统的时域动态性能研究；（三）、实验要求：1、做好预习，根据实验原理图所示相应参数，写出系统的开环，闭环传递函数。
（八）、思考与讨论：将实验结果与理论知识作对比，并进行讨论。
实验三系统时域分析实验（一）、实验目的：1、深入掌握二阶系统的性能指标同系统闭环极点位置的关系。
2、掌握高阶系统性能指标的估算方法及开环零、极点同闭环零、极点的关系。
3、能运用根轨迹分析法由开环零极点的位置确定闭环零极点的位置。
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告实验报告：自动控制原理一、实验目的本次实验的目的是通过设计并搭建一个简单的自动控制系统，了解自动控制的基本原理和方法，并通过实际测试和数据分析来验证实验结果。
二、实验装置和仪器1. Arduino UNO开发板2.电机驱动模块3.直流电机4.旋转角度传感器5.杜邦线6.电源适配器三、实验原理四、实验步骤1. 将Arduino UNO开发板与电机驱动模块、旋转角度传感器和直流电机进行连接。
2. 编写Arduino代码，设置电机的控制逻辑和旋转角度的反馈机制。
3. 将编写好的代码上传至Arduino UNO开发板。
4.将电源适配器连接至系统，确保实验装置正常供电。
5.启动实验系统并观察电机的转动情况。
6.记录电机的转动角度和实际目标角度的差异，并进行数据分析。
五、实验结果和数据分析在实际操作中，我们设置了电机的目标转动角度为90度，待实验系统运行后，我们发现电机实际转动角度与目标角度存在一定的差异。
通过对数据的分析，我们发现该差异主要由以下几个方面导致：1.电机驱动模块的响应速度存在一定的延迟，导致电机在到达目标角度时出现一定的误差。
2.旋转角度传感器的精度有限，无法完全准确地测量电机的实际转动角度。
这也是导致实际转动角度与目标角度存在差异的一个重要原因。
3.电源适配器的稳定性对电机的转动精度也有一定的影响。
六、实验总结通过本次实验，我们了解了自动控制的基本原理和方法，并通过实际测试和数据分析了解了自动控制系统的运行情况。
同时，我们也发现了实际系统与理论预期之间存在的一些差异，这些差异主要由电机驱动模块和旋转角度传感器等因素引起。
为了提高自动控制系统的精度，我们需要不断优化和改进这些因素，并进行相应的校准和调试。
实验的结果也提醒我们，在实际应用中，需要考虑各种因素的影响，以确保自动控制系统的可靠性和准确性。
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*欧阳光明*创编 2021.03.07自动控制原理欧阳光明（2021.03.07）实验报告实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验二频率响应测试实验三控制系统串联校正实验四控制系统数字仿真姓名：学号：单位：仪器科学与光电工程学院日期：2013年12月27日实验一二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试一、实验目的1. 了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系。
2. 学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法。
3. 学习阶跃响应的测试方法。
二、实验内容1. 建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的跃响应曲线,并测定其过渡过程时间TS。
2. 建立二阶系统的电子模型,观测并记录在不同阻尼比ζ时的跃响应曲线,并测定其超调量σ%及过渡过程时间TS。
三、实验原理1．一阶系统：系统传递函数为：模拟运算电路如图1- 1所示：图 1- 1由图 1-1得在实验当中始终取R2= R1，则K=1，T= R2C取不同的时间常数T分别为： 0.25、 0.5、12．二阶系统:其传递函数为：令=1弧度/秒，则系统结构如图1-2所示：图1-2根据结构图，建立的二阶系统模拟线路如图1-3所示：图1-3取R2C1=1 ，R3C2 =1，则及ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1四、实验步骤1.确定已断开电子模拟机的电源，按照实验说明书的条件和要求，根据计算的电阻电容值，搭接模拟线路；2. 将系统输入端与D/A1相连，将系统输出端与A/D1相；3. 检查线路正确后，模拟机可通电；4. 双击桌面的“自控原理实验”图标后进入实验软件系统。
5. 在系统菜单中选择“项目”——“典型环节实验”；在弹出的对话框中阶跃信号幅值选1伏，单击按钮“硬件参数设置”，弹出“典型环节参数设置”对话框，采用默认值即可。
6. 单击“确定”，进行实验。
完成后检查实验结果，填表记录实验数据，抓图记录实验曲线。
五、实验设备HHMN-1电子模拟机一台、PC机一台、数字式万用表一块六、实验数据T0.250.51R2250K500K1MC1μF1μF1μF Ts理论0.75s 1.5s 3.0sTs实测0.763s 1.543s 3.072sTs误差 1.73% 2.87% 2.40%响应图形图1图2图3图1图2图3ζ0.250.51R42M1M500KC21μF1μF1μFσ%理论33.08%16.48%0σ%实测33.89%16.79%0σ%误差 2.45% 1.88%0Ts理论8.643s 5.307s 4.724sTs实测8.752s 5.398s 4.808sTs误差 1.26% 1.71% 1.78%响应曲线图4图5图6图4图5图6七、误差分析1. 电阻的标称值和实际值有误差。
2. 运放并非理想运放，放大倍数理论参数与实际参数有误差。
3. 实验箱A/D转换时有误差。
八、实验结论（1）一阶系统单位阶跃响应是单调上升曲线，特性由T唯一决定，T越小，过渡过程进行的越快，系统的快速性越好。
但应当注意到，在实验中T太小的时候对外界条件更加敏感，将导致外界的扰动对系统的输出特性有较大干扰，会使其输出特性曲线发生波动。
一阶系统的单位阶跃响应是没有稳态误差的，这是因为:这一点从实验结果的曲线图中也可以反映出来。
（2）二阶系统①平稳性：由曲线可以看出，阻尼比越大，超调量越小，响应的振荡倾向越弱，平稳性越好。
反之阻尼比越小，振荡越强，平稳性越差。
②快速性：由曲线的对比可以看出，过大，例如1，系统响应迟钝，调节时间长，快速性差；过小，虽然响应的起始速度较快，但因为振荡强烈，衰减缓慢，所以调节时间也长，快速性差。
从实验中可以看到时，最短，即快速性最好，此时的平稳性也让人满意。
③：可以看出，稳态分量随着t的增长衰减到0，而稳态分量等于1，因此从实验结果中我们可以看到对于欠阻尼和临界阻尼的情况下，单位阶跃响应是不存在稳态误差的。
实验二频率响应测试一、实验目的1. 掌握频率特性的测试原理及方法。
2. 学习根据所测定出的系统的频率特性，确定系统传递函数的方法。
二、实验内容1. 测定给定环节的频率特性。
2. 系统模拟电路图如下图：图2-13. 系统传递函数为：取R=200KΩ，则取R=100KΩ，则若正弦输入信号为Ui(t)=A1Sin(ωt),则当输出达到稳态时，其输出信号为Uo(t)=A2Sin(ωt+ψ)。
改变输入信号频率值，便可测得二组A1/A2和ψ随f(或ω)变化的数值，这个变化规律就是系统的幅频特性和相频特性。
三、实验原理1. 幅频特性即测量输入与输出信号幅值A1及A2，然后计算其比值A2/A1。
2. 实验采用“李沙育图形”法进行相频特性的测试。
设有两个正弦信号: X(ωt)=XmSin(ωt) ，Y(ωt)=YmSin(ωt+ψ) 若以X(t)为横轴，Y(t)为纵轴，而以ω作为参变量，则随着ωt的变化，X(t)和Y(t)所确定的点的轨迹，将在X-Y平面上描绘出一条封闭的曲线。
这个图形就是物理学上成称为的“李萨如图形”。
3.相位差角Ψ的求法:对于X(ωt)=XmSin(ωt)及Y(ωt)= YmSin(ωt)当ωt=0时，有 X(0)=0 ；Y(0)=Ym Sin(ψ)即ψ=ArcSin（Y(0)/ Ym）, 0≤ψ≤π/2时成立四、实验步骤1. 画出系统模拟运算电路图，标出电阻、电容的取值。
2. 画出K=2和K=5两种情况下的自动方式、示波器方式和李萨育图形。
3. 填写实验数据表格。
4. 用测量的实验数据分别计算出两种系统的传递函数的参数，并确定系统的传递函数。
5. 分析实验数据，就理论值与实测值的差异进行分析，说明误差产生的原因。
五、实验数据K=1时数据表（图1、2）ω 1.8 3.8 5.87.89.811.813.815.817.819.8 f0.2860.6050.923 1.241 1.560 1.878 2.196 2.515 2.832 3.1511.029 1.136 1.145 1.142 1.0320.8160.6810.5020.3980.2730.2090.4310.7000.78210.8920.7930.7070.6530.556ψ12.0625.5344.4251.449063.1352.4744.9940.7733.78K=2时数据表（图3、4）ω 5.57.59.511.513.515.517.519.521.523.5 f0.875 1.194 1.512 1.830 2.149 2.467 2.785 3.104 3.422 3.7401.173 1.243 1.371 1.489 1.423 1.1570.9230.7240.5690.4610.3510.5370.7230.90910.9210.7540.6490.6010.493ψ20.5532.5046.3065.379067.0748.9440.4736.9429.54图1图2图3图4系统的响应是典型的二阶系统响应。
对于二阶振荡环节对数辐频特性：特征点：易知当Y(0)/Ym接近1时，ω的值即为ωn，Ac /Ar的值等于1/2①k=1时时，，故0.484故理论值②k=2时时，，故0.35故理论值六、误差分析1. 电容电阻的标称值和实际值一般都有误差。
2. 运放并非理想运放，放大倍数理论参数与实际参数有误差。
3. 在matlab中显示的李沙育图像中找Yo时发现，当X=0时，不一定有相应的Y与之对应。
这是由于系统实际输出电压为连续的，而A/D转换是离散的，所以实验得到的Yo并不是实际的Yo，而是有一定偏差。
七、实验结论本实验研究了不同传递函数的频率响应，并通过李沙育图像求得了响应相对于输入的滞后角，进而由实验数据确定了系统的传递函数。
实验三控制系统串联校正一、实验目的1. 了解和掌握串联校正的分析和设计方法。
2. 研究串联校正环节对系统稳定性及过渡过程的影响。
二、实验内容1、设计串联超前校正，并验证。
2、设计串联滞后校正，并验证。
三、实验原理1. 系统结构如图所示：图3-1其中为校正环节，可放置在系统模型中来实现，也可使用模拟电路的方式来实现。
2. 系统模拟电路图如图：3. 未加校正时4、加串联超前校正时，a>1给定，则5、加串联滞后校正时，b<1给定，则四、实验数据1. 响应曲线及波特图（1）原系统（2）超前矫正系统（3）超前滞后系统控制系统串联校正调节时间（s）超调量（%）上升时间（s）相稳定裕度（度）膜稳定裕度原系统 5.601041.93150.23022886校正系统 1.985322.10010.03814779滞后系统15.300019.6341 2.295055105实验四控制系统数字仿真一、实验目的通过本实验掌握利用四阶龙格——库塔法进行控制系统数字仿真的方法，并分析系统参数改变对系统性能的影响。
二、实验内容已知系统结构如图4-1 ：图4-1若输入为单位阶跃函数，计算当超调量分别为5%，25%，50%时K的取值（用主导极点方法估算），并根据确定的K值在计算机上进行数字仿真。
三、理论计算1.计算步骤①用计算机绘制系统的根轨迹②根据公式：，可以解得相应的ξ③由cosβ=ξ,过原点做倾角为180-β的直线，与系统根轨迹的交点即为系统主导极点④将主导极点坐标代入系统闭环传递函数中并令模值为1，可解K2. 理论计算结果见下表：四、计算机仿真1. 实验程序①四阶龙格库塔计算函数：RgKta.m%RgKta.m%功能：进行龙格库塔计算。
（A，B，C，D）为系统的系数矩阵，x0为输入，h为仿真步长，%r为输入信号幅值，t0为仿真的起始时间，tf为终止时间;t为仿真时间，y为系统输出function [t,y]=RgKta(A,B,C,D,x0,h,r,v,t0,tf);x=x0;y=0;t=t0;for i=1:tf/hK1=A*x+B*r;K2=A*(x+h*K1/2)+B*r;K3=A*(x+h*K2/2)+B*r;K4=A*(x+h*K3)+B*r;x=x+h*(K1+2*K2+2*K3+K4)/6;y=[y;C*x];t=[t;t(i)+h];end②主程序test.m%test.m%功能：仿真计算当超调量为5%,25%,50%的K值，求解调节时间，并画出阶跃响应曲线y=[0 0];k=1;while max(y)<=1.5%%1.05(5%超调),1.25(25%超调),1.5(50%超调) num1=[k];den1=[1 10 25 0];[num,den]=feedback(num1,den1,1,1);[A,B,C,D]=tf2ss(num,den);x0=[0;0;0];v=1;tf=10;t0=0;h=0.1;r=1;[t,y]=RgKta(A,B,C,D,x0,h,r,v,t0,tf);k=k+1;end[os,ts,tr]=stepspecs(t,y,y (end),5)理论值超调量5%25%50%K3160102仿真求解超调量 4.70%23.28%45.49% K31.359.5103Ts 1.9700 1.41000.7550阶跃曲线图1图2图3图1图2图3五、实验结论1.将系统传递函数化成时域形式，可以得到一组微分方程，利用四阶龙格-库塔法，就可以计算得到系统的响应。