北航自动控制原理实验报告(版本二)(1)
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。
自动控制原理2 实验报告
中国石油大学（北京）实验报告实验课程：自动控制原理2实验名称：采样控制系统分析班级：学号: 姓名：实验台号：成绩：实验日期：年月日实验1采样控制系统一、实验目的考察连续时间系统的采样控制中，零阶保持器的作用与采样时间间隔Ts对系统稳定性的影响。
二、实验步骤1、典型单位负反馈连续时间系统的开环传递函数为G(s)=K/(s2+s),借助于Matlab 仿真,并分析并验证K对系统性能的影响。
步骤：Matlab相关命令：Gs=tf([1],[1 1 0]) ;pzmap(Gs);figure(1)rlocus(Gs);K值变化时的阶跃相应曲线for k=[0,0.01,0.05,0.10,0.15,0.20,0.25]num=[k];den=[1,1,0]Gs=tf(num,den);figure(1)margin(Gs);figure(2)t=0:0.001:500;step(Gs,t);grid;hold onend2、将上述连续系统离散化，成为带零阶保持器的采样系统。
借助于Matlab仿真，调整采样周期T 和增益K 的大小，观察T 和K 对系统稳定性和调节性能的影响。
调整系数，给出[1]p384-385习题7-24和7-26的答案。
实验步骤：（1） 确定有零阶保持器的开环系统脉冲传递函数G(z)。
))(1()1()(T T e z z z e K z G -----=Matlab 相关命令：for k=[0,0.01,0.05,0.10,0.15,0.20,0.25]num=[k*0.1,0];den=[1,-1.9,0.9];G1=tf(num,den);G=tf2zp(num,den);Gd=c2d(G,0.1,’zoh ’);G0=feedback(Gd,a);t=0:0.1:50;u=1;tsim(G0,u,t,0);gridfor k=[0,0.01,0.05,0.10,0.15,0.20,0.25]G=tf([5],[1 1 0]);Gd=c2d(G,0.1,'zoh');G0=feedback(Gd,1);t=0:0.1:50;step(G0,t); gridxlabel('t');ylable('c(t)');title(‘ramp response ’)hold onend当T=0.1，0.5,1,2时分别重复上面的命令习题7-247-24(1)求出脉冲传递函数：程序代码：rlocus(G)G0=tf([1],[1 10 0 ]);G=c2d(G0,0.1,'zoh')G =0.003679 z + 0.002642----------------------z^2 - 1.368 z + 0.3679Sample time: 0.1 secondsDiscrete-time transfer function.（2）求闭环系统的z特征方程feedback(G,1)ans =0.003679 z + 0.002642----------------------z^2 - 1.364 z + 0.3705Sample time: 0.1 secondsDiscrete-time transfer function.（3）计算使系统稳定的K的最大值rlocus(G)（4）K=78（5）求闭环脉冲传递函数并绘出单位阶跃响应曲线程序代码：G0=tf([78],[1 10 0 ]);G=c2d(G0,0.1,'zoh')Gd= feedback(G,1);t=0:0.1:6;step(Gd,t)Gd =0.2869 z + 0.2061---------------------z^2 - 1.081 z + 0.574Sample time: 0.1 seconds Discrete-time transfer function. 阶跃响应曲线：(6)系统闭环极点以及超调量程序代码：G0=tf([120],[1 10 0 ]);G=c2d(G0,0.1,'zoh');Gd=feedback(G,1);t=0:0.1:6;step(Gd,t)Transfer function:0.4415 z + 0.3171----------------------z^2 - 0.9264 z + 0.685 Sampling time: 0.1b = [0.4415 0.3171];a = [1 -0.9264 0.685]; [b,a] = eqtflength(b,a); [z,p,k] = tf2zp(b,a)z =-0.7182p =0.4632 + 0.6859i0.4632 - 0.6859i k =0.4415超调量为53.8%. (7) t=0:0.1:6;step(Gd,t)7-267-26.程序代码：G0=tf([1],[1 1 0]);G=c2d(G0,0.2,'zoh');Gd=feedback(G,1);t=0:0.2:20;step(Gd,t)hold onG0=tf([1],[1 1 0]);G=c2d(G0,0.4,'zoh');Gd=feedback(G,1);t=0:0.4:20;step(Gd,t)hold onG0=tf([1],[1 1 0]);G=c2d(G0,0.6,'zoh');Gd=feedback(G,1);t=0:0.6:25;step(Gd,t)hold onG0=tf([1],[1 1 0]);G=c2d(G0,0.8,'zoh');Gd=feedback(G,1);t=0:0.8:30;step(Gd,t)hold onG0=tf([1],[1 1 0]);G=c2d(G0,1.0,'zoh');Gd=feedback(G,1);t=0:1.0:30;step(Gd,t)hold onG0=tf([1],[1 1 0]);G=c2d(G0,1.2,'zoh');Gd=feedback(G,1);t=0:1.2:30;step(Gd,t)hold on实验图形记录：（1）T=0.2s%21%;8.38s T σ==（2）T=0.4s%26%;8.53s T σ==（3）T=0.6s%31%;11.4s T σ==（4）T=0.8ss（5）T=1.0s（6）%40%;15.3s T σ==（7）T=1.2ssT 从0.2s 到1.2s3、计算机控制系统如图5-7所示，采样周期T=0.1s ，试分析不同的PID 调节器及不同参数对系统性能的影响，并分析各种情况下PID 参数的选择方法。
北航_自控实验报告_非线性环节对系统动态过程的响应
北航_自控实验报告_非线性环节对系统动态过程的响应实验目的：通过非线性环节对系统动态过程的响应实验，了解非线性环节对于系统动态过程的影响，掌握非线性环节对系统稳定性和动态响应的影响机制。
实验原理：在控制系统中，非线性环节是指系统主要由非线性元件组成的一种环节，如饱和环节、死区环节等。
非线性环节通常会引入系统的不稳定性和不良动态响应，使系统产生震荡、振荡或失去稳定等现象。
因此，对于非线性环节对系统动态过程的响应进行研究，可以帮助我们了解非线性环节对系统的影响及其调节方法。
实验装置：实验中使用的实验装置包括非线性环节调节台和数据采集系统。
非线性环节调节台中包含了饱和环节和死区环节两种非线性元件，可以通过改变其参数来调节非线性环节的作用程度。
数据采集系统用于实时采集和记录实验数据。
实验步骤：1.将非线性环节调节台连接至数据采集系统，保证信号传输的稳定性和准确性。
2.打开数据采集系统，并设置相应的实验参数，如采样频率和采样时间等。
3.首先进行饱和环节的实验。
调节饱和环节的幅值参数，并记录系统的响应曲线。
可以观察到，在饱和环节的作用下，系统响应出现了明显的振荡和周期变化。
4.然后进行死区环节的实验。
调节死区环节的参数，并记录系统的响应曲线。
可以观察到，在死区环节的作用下，系统响应出现了滞后和不连续等现象。
5.对比分析两种非线性环节的实验结果，总结非线性环节对系统动态过程的影响机制。
实验结果：通过实验得到的系统响应曲线可以明显观察到非线性环节对系统动态过程的影响。
在饱和环节的作用下，系统响应出现了周期性的振荡，而在死区环节的作用下，系统响应出现了滞后和不连续的现象。
实验总结：通过以上实验，我们可以得出以下结论：1.非线性环节对系统动态过程有显著的影响，会导致系统的稳定性下降和动态响应不理想。
2.饱和环节的作用会引起系统的振荡和周期变化，而死区环节的作用会引起系统的滞后和不连续。
3.针对非线性环节对系统的影响，可以采取相应的控制策略和调节方法，以提高系统的稳定性和动态响应。
自动控制实验报告.
成绩北京航空航天大学自动控制原理实验报告学院机械工程及自动化学专业方向工业工程与制造班级110715学号********学生姓名吕龙指导教师自动控制与测试教学实验中心实验一一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验时间2013.10.30 实验编号同组同学无一、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，观测并记录不同时间常数T时的跃响应曲线，测定其过渡过程时间Ts。
2.建立二阶系统的电子模型，观测并记录不同阻尼比ζ时的跃响应曲线，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由图得：在实验当中始终取, 则,取不同的时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1。
记录不同时间常数下阶跃响应曲线，测量纪录其过渡过程时 ts。
（取误差带）2．二阶系统:其传递函数为：令，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，，则及取不同的值, , ,观察并记录阶跃响应曲线，测量超调量σ%（取误差带）,计算过渡过程时间Ts。
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。
4.导线若干。
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。
2. 断开电源，按照实验说明书上的条件和要求，计算电阻和电容的取值，按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。
3. 将与系统输入端连接，将与系统输出端连接。
线路接好后，经教师检查后再通电。
4.运行软件，分别获得理论和实际仿真的曲线。
5. 观察实验结果，记录实验数据，绘制实验结果图形，填写实验数据表格，完成实验报告。
六、实验结果1.一阶系统T 0.25 0.5 1R2/MΩ0.25 0.5 11 1 1实测值/s 0.76 1.55 3.03理论值/s 0.75 1.50 3.00响应曲线（1）T = 0.25:（2）T = 0.5:（3）T = 12.二阶系统0.25 0.5 1.0R4/MΩ 2 1 0.51 1 1实测40.5 16.0 0理论44.4 16.3 0 实测值/s 10.95 5.2 4.9理论值/s 14 7 4.7响应曲线（1）R4=2MΩ（2）R4=1MΩ（3）R4=0.5MΩ七、结果分析从得到的数据可以看出，不论是一阶还是二阶系统，实测值均与理论值有着或多或少的偏差。
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。
自控实验报告实验二
自控实验报告实验二一、实验目的本次自控实验的目的在于深入理解和掌握控制系统的性能指标以及相关参数对系统性能的影响。
通过实验操作和数据分析，提高我们对自控原理的实际应用能力，培养解决实际问题的思维和方法。
二、实验设备本次实验所使用的设备主要包括：计算机一台、自控实验箱一套、示波器一台、信号发生器一台以及相关的连接导线若干。
三、实验原理在本次实验中，我们主要研究的是典型的控制系统，如一阶系统和二阶系统。
一阶系统的传递函数通常表示为 G(s) ＝ K ／（Ts ＋ 1)，其中 K 为增益，T 为时间常数。
二阶系统的传递函数则可以表示为 G(s) ＝ωn² ／（s²＋2ζωn s ＋ωn²)，其中ωn 为无阻尼自然频率，ζ 为阻尼比。
通过改变系统的参数，如增益、时间常数、阻尼比等，观察系统的输出响应，从而分析系统的稳定性、快速性和准确性等性能指标。
四、实验内容与步骤1、一阶系统的阶跃响应实验按照实验电路图连接好实验设备。
设置不同的时间常数 T 和增益 K，通过信号发生器输入阶跃信号。
使用示波器观察并记录系统的输出响应。
2、二阶系统的阶跃响应实验同样按照电路图连接好设备。
改变阻尼比ζ 和无阻尼自然频率ωn，输入阶跃信号。
用示波器记录输出响应。
五、实验数据记录与分析1、一阶系统当时间常数 T ＝ 1s，增益 K ＝ 1 时，系统的输出响应呈现出一定的上升时间和稳态误差。
随着时间的推移，输出逐渐稳定在一个固定值。
当 T 增大为 2s，K 不变时，上升时间明显变长，系统的响应速度变慢，但稳态误差基本不变。
2、二阶系统当阻尼比ζ ＝ 05，无阻尼自然频率ωn ＝ 1rad/s 时，系统的输出响应呈现出较为平稳的过渡过程，没有明显的超调。
当ζ 减小为 02，ωn 不变时，系统出现了较大的超调，调整时间也相应变长。
通过对实验数据的分析，我们可以得出以下结论：对于一阶系统，时间常数 T 越大，系统的响应速度越慢；增益 K 主要影响系统的稳态误差。
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。
北航自动控制原理实验报告- 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试
成绩北京航空航天大学自动控制原理实验报告学院机械工程及自动化学院专业方向机械工程及自动化班级学号学生姓名刘帆自动控制与测试教学实验中心实验一 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试实验时间2014年11月15日 实验编号 同组同学 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、一阶系统阶跃响应性能指标的测试系统的传递函数为:()s ()1C s KR s Ts φ=+（）= 模拟运算电路如下图 :其中21R K R =,2T R C =;在实验中，始终保持21,R R =即1K =，通过调节2R 和C 的不同取值，使得T 的值分别为0.2,0.51,1.0。
记录实验数据，测量过度过程的性能指标，其中取正负5%误差带，按照经验公式取3s t T =2、二阶系统阶跃响应性能指标的测试系统传递函数为：令ωn=1弧度/秒，则系统结构如下图：二阶系统的模拟电路图如下： 在实验过程中，取22321,1R C R C ==，则442312R R C R ζ==，即4212R C ζ=；在实验当中取123121,1R R R M C C F μ===Ω==，通过调整4R 取不同的值，使得ζ分别为0.25,0.5,0.707,1；记录所测得的实验数据以及其性能指标，取正负5%误差带，其中当ζ<1时经验公式为21 3.5%100%,s net ζσζω--=⨯=，当ζ=1时经验公式为n 4.75ts ω=四、试验设备：1、HHMN-1型电子模拟机一台。
2、PC 机一台。
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。
自动控制原理实验报告样本一
自动控制原理实验报告样本一【实验名称】：自动控制原理实验报告样本一【实验目的】：本实验旨在通过对自动控制原理的实验研究，掌握自动控制系统的基本原理和方法，以及对控制系统的性能进行评估和优化。
【实验装置和仪器】：1. 控制器：采用PID控制器，型号为XYZ-123。
2. 传感器：采用温度传感器，型号为ABC-456。
3. 执行器：采用电动阀门，型号为DEF-789。
4. 数据采集系统：采用LabVIEW软件进行数据采集和处理。
【实验原理】：自动控制原理实验中，我们采用了PID控制器来实现对温度的控制。
PID控制器是一种经典的控制算法，由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成。
具体原理如下：1. 比例控制（P）：根据反馈信号与设定值之间的差异，按比例调节输出信号。
比例系数Kp决定了输出信号的变化速度。
2. 积分控制（I）：根据反馈信号与设定值之间的积分，按比例调节输出信号。
积分时间常数Ti决定了输出信号的稳定性。
3. 微分控制（D）：根据反馈信号的变化速率，按比例调节输出信号。
微分时间常数Td决定了输出信号的响应速度。
通过调整PID控制器的参数，我们可以实现对温度的精确控制。
【实验步骤】：1. 将温度传感器连接到被控对象上，并将输出信号接入PID控制器的输入端口。
2. 将PID控制器的输出信号接入电动阀门，实现对温度的调节。
3. 打开实验软件LabVIEW，建立数据采集系统，设置采样频率和采样时长。
4. 设定所需的目标温度值，并将其输入PID控制器。
5. 启动数据采集系统，并记录下实验开始时间。
6. 观察温度的变化情况，并记录下每次采样的温度数值。
7. 根据实验数据，计算出温度的偏差值，并将其输入PID控制器进行调整。
8. 持续观察和记录实验数据，直至温度稳定在设定值附近。
9. 停止数据采集系统，并记录下实验结束时间。
【实验结果】：根据实验数据，我们得到了如下结果：1. 实验开始时间：2022年1月1日 10:00:002. 实验结束时间：2022年1月1日 11:00:003. 设定目标温度：40℃4. 实际温度波动范围：39.8℃ - 40.2℃5. 温度稳定时间：30分钟【实验分析】：根据实验结果，我们可以得出以下分析：1. 实际温度波动范围在设定目标温度的可接受范围内，说明PID控制器对温度的控制较为准确。
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告摘要：本实验通过对自动控制原理的研究与实践，旨在深入了解自动控制系统的基本原理，以及相关的实验应用。
通过实验的设计与实施，我们在实践中学习了控制系统的结构、传递函数、稳定性、稳态误差等内容，并通过使用PID控制器对物理实验系统进行控制，从而对自动控制系统有了更加深入的理解。
引言：自动控制原理是现代工程控制领域的基础理论之一，在工业、交通、通信等领域都有广泛的应用。
自动控制原理实验是培养学生工程实践能力和动手能力的重要实践环节。
本实验通过对自动控制原理相关实验的设计与实践，让我们深入了解了自动控制系统的基本原理，并通过实际操作对理论知识进行了实际应用。
实验目的：1. 了解自动控制系统的基本结构和原理；2. 学习如何建立传递函数，并分析系统的稳定性；3. 熟悉PID控制器的参数调节方法；4. 掌握如何利用PID控制器对物理实验系统进行控制。
实验原理与方法：1. 实验装置搭建：我们搭建了一个简单的电路系统，包括输入信号源、控制器、执行器和输出传感器。
通过控制器对执行器的控制，实现对输出信号的调节。
2. 传递函数建立：使用系统辨识方法，通过对输入和输出信号的采集，建立系统的传递函数。
经过数据处理和分析，得到系统的传递函数表达式。
3. 稳定性分析：对系统的传递函数进行稳定性分析，包括零极点分析和Nyquist稳定性判据。
根据分析结果，判断系统的稳定性。
4. PID参数调节：根据传递函数和系统要求，使用PID控制器对系统进行调节。
根据实际情况进行参数调节，使得系统的响应达到要求。
实验结果与讨论：我们通过以上方法，成功地建立了控制系统的传递函数，并进行了稳定性分析。
通过对PID控制器参数的调节，使系统的稳态误差达到了要求。
通过实验，我们深刻理解了自动控制系统的基本原理，并学会了如何应用具体方法进行实际操作。
实验结论：通过自动控制原理的实验研究，我们对控制系统的基本原理有了更加深入的了解。
实践中，我们通过搭建实验装置、建立传递函数、进行稳定性分析和PID参数调节等实验操作，使得理论知识得到了更加全面的应用和巩固。
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二
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：
其中 R1=200KΩ C1=0.1μFC1=1μF
R2=1MΩ
R3=100KΩ
R4=100KΩ
R=200KΩ
3. 系统传递函数为： 取R=200KΩ，则G S = S 2 +10S+200 取R=100KΩ，则G S = S 2 +10S+500
对数辐频特性：M = G jω
特征点：ω = ωn ，M = 2ξ ，φ = −90° 易知当 Y(0)/Ym 接近 1 时，ω的值即为ωn，Ac /Ar 的值等于 1/2ξ ① k=2 时 φ = 90° 时，ω = 13.5rad ∙ s−1 = ωn M = 1.423，故������ =0.35 故������ ������ = ������������ +������������������������ ������+������������ = ������������ +������.������������������+������������������.������������
������ ������
1
������������
������������������.������������
理论值������ ������ = ������ 2 +10 ������+200
200
七、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。
北航自控实验二报告
成绩北京航空航天大学自动控制原理实验报告自动控制与测试教学实验中心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。
系统模拟电路图如下图：图 1 系统电路图系统传递函数为：取R=200KΩ，则取R=500KΩ，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U o (t)=A2sin(ωt+ψ)。
改变输入信号频率值，便可测得二组A2/A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)=X m sin(ωt)Y(ωt)=Y m sin(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(ωt)和Y(ωt)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所称的“李沙育图形”，如下图所示：图 2 李沙育图形3.相位差角Ψ的求法:对于X(ωt)=X m sin(ωt)及Y(ωt)= Y m sin(ωt);当ωt=0时，有X(0)=0 ，Y(0)=Y m sin(ψ)；即ψ=arcsin（Y0/ Y m）, 显然仅当0≤ψ≤π/2时上式成立。
四、实验设备1. HHMN-1电子模拟机一台2.PC机一台3.数字式万用表一块。
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。
2.断开电源，按照系统结构图和系统传递函数计算电阻和电容的取值，并按照模拟线路图搭接线路，不用的运算放大器接成比例器。
3.将D/A1 与系统输入端Ui连接，将A/D1 与系统输出端Uo连接（此处连接必须谨慎，不可接错）。
自动控制原理实验报告
自动控制原理实验报告实验目的，通过本次实验，掌握自动控制原理的基本知识，了解控制系统的结构和工作原理，以及掌握控制系统的设计和调试方法。
实验仪器，本次实验所使用的仪器有PID控制器、执行器、传感器等。
实验原理，自动控制系统是指通过传感器采集被控对象的信息，经过控制器处理后，通过执行器对被控对象进行调节，以达到设定的控制目标。
其中PID控制器是通过比较被控对象的实际值和设定值，计算出误差，并根据比例、积分、微分三个参数来调节执行器输出的控制信号，使被控对象的实际值逐渐趋近设定值的一种控制方式。
实验步骤：1. 将PID控制器与执行器、传感器连接好，并确认连接正确无误。
2. 设置被控对象的设定值，并观察实际值的变化情况。
3. 调节PID控制器的参数，观察被控对象的响应情况，找到最佳的控制参数组合。
4. 对不同类型的被控对象进行实验，比较不同参数组合对控制效果的影响。
实验结果与分析：通过实验我们发现，合适的PID参数组合能够使被控对象的实际值快速稳定地达到设定值，并且对不同类型的被控对象，需要调节的参数组合也有所不同。
在实际工程中，需要根据被控对象的特性和控制要求来选择合适的PID参数，并进行调试和优化。
结论：本次实验使我们进一步了解了自动控制原理，掌握了PID控制器的基本原理和调试方法，对控制系统的设计和调试有了更深入的理解。
同时也认识到在实际工程中，需要根据具体情况来选择合适的控制方法和参数，进行调试和优化，以达到最佳的控制效果。
通过本次实验，我们对自动控制原理有了更深入的认识，对控制系统的设计和调试方法有了更加清晰的理解，相信这对我们今后的学习和工作都将有所帮助。
北航自动控制原理实验2
实验二频率响应测试实验目的▪掌握频率特性的测试原理及方法；▪测定给定环节的频率特性；▪学习根据所测定出的系统的频率特性（幅频和相频特性），确定系统传递函数的方法。
▪系统模拟电路图及系统结构图分别如图所示：▪系统传递函数为：▪分别测定以上系统的幅频以及相频特性曲线。
R=200KΩ，则()200102002++=S S S G R=100KΩ，则()001100012++=S S S G▪时域分析法有一定的局限性，在系统特征方程是高阶方程时，它的时域特性就很难用分析法来确定（求解高阶微分方程的解就比较困难），目前还没有直接按给出的时域指标进行系统设计的通用方法，而频率法是一种间接研究控制系统性能的工程方法（通过实验方法），在频率响应方法中，在一定的范围内改变输入信号的频率，研究其产生的响应，许多复杂元件的传递函数，常常通过频率响应实验来确定。
▪频率响应是系统对正弦输入的稳态响应。
▪若输入信号达到稳态值时，其输出信号为，改变正弦输入信号频率，便可测的两组A 1/A 2和随f 变化的数值，这个变化规律就是系统的幅频及相频特性曲线。
▪幅频特性是系统在正弦输入时，输出与输入的稳态振幅（电压伏值）之比。
频特性曲线是由示波器方式，在屏幕的坐标上读取输入和输出的幅值，求出比值。
▪相频特性是系统在正弦输入时，输出与输入达到稳态振荡时的相位之差。
通过李沙育图形方式来观测系统相位差超前-滞后的度数。
)sin()(2ϕω+=t A t U o )sin()(1t A t U i ω=ϕ实验原理假设有两个正弦输入信号，，Y 比X 滞后一定的角度，若以X(t)为横轴，Y(t)为纵轴，而以ω作为参变量，建立一个新的坐标系，将和的图形在新坐标系上进行叠加，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称为的“李沙育图形”。
)sin()(ϕωω+=t Y t Y m )sin()(t X t X m ωω=)sin()(t X t X m ωω=)sin()(ϕωω+=t Y t Y m实验原理李沙育图形的含义：通过慢速扫描示波器可观测到李沙育图形的形成过程，根据李沙育图形的旋转方向是顺时针或逆时针旋转可以判断相位是超前还是滞后，进一步计算超前或滞后的角度，（顺时针旋转相角超前，逆时针旋转相角滞后）。
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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 s
2、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, 1
T 0.25 0.50 1.00 R2 0.25MΩ0.5MΩ1MΩ
C 1μ1μ1μ
T S 实测0.7930 1.5160 3.1050 T S 理论0.7473 1.4962 2.9927 阶跃响应曲线图1.1 图1.2 图1.3
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
R4 210.5
C 2 111
实测45.8% 16.9% 0.6%
理论44.5% 16.3% 0% T S实测13.9860 5.4895 4.8480
T 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。
图2.1
图2.2 图2.3
误差计算及分析
1）当ξ=0.25时，超调量的相对误差=
调节时间的相对误差=
2）当ξ=0.5时，超调量的相对误差==3.7%
调节时间的相对误差==3.4%
4）当ξ=1时，超调量的绝对误差=
调节时间的相对误差==3.46%
误差分析：由于本试验中，用的参量比较多，有R1,R2,R3,R4;C1,C2;在它们的取值的实际调节中不免出现一些误差，误差再累加，导致最终结果出现了比较大的误差，另外，此实验用的导线要多一点，干扰和导线的传到误差也给实验结果造成了一定误差。
但是在观察响应曲线方面，这些误差并不影响，这些曲线仍旧体现了它们本身应具有的特点，通过比较它们完全能够了解阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系，不影响预期的效果。
实验结果说明
由本实验可以看出，当ωn一定时，超调量随着ξ的增加而减小，直到ξ达到某个值时没有了超调；而调节时间随ξ的增大，先减小，直到ξ达到某个值后又增大了。
经理论计算可知，当ξ=0.707时，调节时间最短，而此时的超调量也小于5%，此时的ξ为最佳阻尼比。
此实验的ξ分布在0.707两侧，体现了超调量和调节时间随ξ的变化而变化的过程，达到了预期的效果。
自动控制原理实验报告
一、实验名称：频率响应测试
二、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
三、实验内容
1、测定给定环节的频率特性
四、实验原理及实验数据
系统模拟运算电路图
系统传递函数为：
取R=100KΩ，则G(s)=
取R=200KΩ，则G(s)=
若正弦输入信号为U i(t)=A1Sin(ωt),则当输出达到稳态时，其输出信号为U o(t)=A2Sin(ωt+ψ)。
改变输入信号频率f=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。
1 2 3 4 5 6
f 1.5924 1.9108 2.2293 2.5478 2.8662 3.1847
10 12 14 16 18 20
0.9435 0.7104 0.5886 0.4473 0.3479 0.2773
1 0.8755 0.7625 0.6455 0.5538 0.4786
90 61.10 49.68 40.21 33.63 28.59
图1.1 图1.2 确定系统传递函数
由数据可知，特征点处
=0.5299
误差计算及分析
系统理论传递函数为G(s)=，
则
所以，ξ的误差为
1
2 3 4 5
f 1.9108 2.2293 2.5478 2.8662 3.1847
12 14 16 18 20
1.5060 1.425 1.179 0.9123 0.7074
0.9463 1 0.9229 0.8838 0.6319
71.14 90 67.35 62.10 39.19
图2.1 2.2
确定系统传递函数
由数据可知，特征点处
图2.1 图2.2
=0.3509
误差计算及分析
系统理论传递函数为G(s)=，
则
所以，误差为ξ的误差为
由以上的误差计算可以看出，实际算出的系统与理论值比较，误差比较小，基本符合实验要求。
对于实验误差，可能是由于测试过程中可变电阻的调节上不是很精确。
以及连接线路上接触不好及温度影响等原因有微小的干扰造成误差等。
自动控制原理实验报告
一、实验名称：控制系统串联校正
二、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
三、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
四、实验原理及实验数据
1、系统结构如下图所示：
其中Gc(s)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由模拟机实现。
2、系统模拟电路如下图：
3，未加校正时Gc(s)=1
4，加串联超前校正时
Gc(s)=（a>1）
给定a=2.44，T=0.26,则Gc(s)=
5, 加串联滞后校正时
Gc(s)=（0<b<1）
给定b=0.12，T=83.33，则Gc(s)=
实验电阻电容取值
R1=R2=R6=100KΩR4=250KΩR5=1MΩ
C1=C2=1.0μF
不加校正
阶跃响应曲线
调节时间超调量
波特图
截止频率：1.88rad/s 幅值裕度：85dB 相位裕度：28°加入超前校正
阶跃响应曲线
调节时间超调量
截止频率：2.38rad/s 幅值裕度：77.4dB 相位裕度：47.4° 加入滞后校正
波特图
实验数据分析
1、可以判断三个系统都是稳定系统。
2、加串联超前校正时的系统比未加校正时调节时间短，即系统快速性变好了，而且超调量也减小了。
从频率角度来看，截止频率减小，相位稳定裕度增大，系统的稳定性变好了
3、加串联滞后校正时的系统比未加校正时调节时间长，即系统快速性变差了，但是超调量减小了很多，甚至比加串联超前校正时的超调还小。
从频率角度来看，截止频率变小了前校正时的相位稳定裕度。
4、加串联超前校正和串联滞后校正都能改变系统的稳定性能参数。
但是改变状况又不一样。
加串联超前校正即使系统变快，又降低了超调，使相位稳定裕度增大，使系统在调节较好。
而加入串联滞后校正时的系统是以加长调节时间来达到降低超调量的目的的，使相位稳定裕度达到比较好的程度，但是这个系统比未加校正时变慢了不少，在对快速性要
阶跃响应曲线
调节时间超调量
波特图
截止频率：0.449rad/s 幅值裕度：103dB 相位裕度：54.8°。