南昌大学自动控制理论实验报告
自动控制理论实践
黑龙江科技学院综合实践报告实践项目名称自动控制理论实验实践日期2012.4.28—2012.5.4班级电气09—10班学号17号姓名张文洋成绩【实践目的及要求】一.【实践目的】1.在自动控制理论实验基础上，控制实际的模拟对象，加深对理论的理解；2.掌握闭环控制系统的参数调节对系统动态性能的影响；3.构成温度控制装置达到设计要求；4.稳态误差为0；5.能抵抗扰动；6.使被控温度对应电压0~10V可调二．【实验设备】：1．ACCC-I 型自动控制理论及计算机控制技术实验装置；2．数字式万用表。
三.【实践原理】温度控制系统框图如图2.1所示，由给定、PI调节器、脉宽调制电路、加温室、温度变送器和输出电压反馈等部分组成。
在参数给定的情况下，经过PI运算产生相应的控制量，使加温室里的温度稳定在给定值。
给定Ug由ACCT-II自动控制理论及计算机控制技术的实验面板上的电源单元U1提供，电压变化范围为1.3V～15V。
PI调节器的输出作为脉宽调制的输入信号，经脉宽调制电路产生占空比可调0～100％的脉冲信号，作为对加温室里电热丝的加热信号。
温度测量采用Cu50热敏电阻，经温度变送器转换成电压反馈量，温度输入范围为0～200℃,温度变送器的输出电压范围为DC0～10V。
根据实际的设计要求，调节反馈系数 ，从而调节输出电压。
四．实验内容及步骤：实验的接线图如图 2.2所示，除了实际的模拟对象和电压表外，其中的模拟电路由C1Uf Ug R1R0RfR2R3UoRi温度变送R5R4脉宽调制UinUo图2.2温度控制系统接线图ACCT-II 自动控制理论及计算机控制技术实验板上的运放单元和备用元器件搭建而成。
参考的试验参数（仅供参考）为：R 0=R 1=R 2=100K Ω，R 3=200K Ω，R 4=2M Ω，R 5=10K Ω，C 1=1μF ，R f /R i =10K Ω。
具体的实验步骤如下：1．先将ACCT-III 自动控制理论及计算机控制技术（二）和ACCT-II 自动控制理论及计算机控制技术面板上的电源船形开关均放在“OFF ”状态。
南昌大学自动控制原理实验报告6
南昌大学实验报告学生姓名：王瑾然学号：6101113031 专业班级：电气131班实验类型：■ 验证□ 综合□ 设计□ 创新实验日期：实验成绩：一、实验项目名称实验3.2.3 二阶开环系统的频率特性曲线二、实验要求1.研究表征系统稳定程度的相位裕度和幅值穿越频率对系统的影响。
2.了解和掌握二阶开环系统中的对数幅频特性和相频特性，实频特性和虚频特性的计算。
3.了解和掌握欠阻尼二阶开环系统中的相位裕度和幅值穿越频率的计算。
4.观察和分析欠阻尼二阶开环系统波德图中的相位裕度γ和幅值穿越频率ωc，与计算值作比对。
三、主要仪器设备及耗材1.计算机一台（Windows XP操作系统）2.AEDK-labACT自动控制理论教学实验系统一套bACT6_08软件一套四、实验内容和步骤本实验用于观察和分析二阶开环系统的频率特性曲线。
由于Ⅰ型系统含有一个积分环节，它在开环时响应曲线是发散的，因此欲获得其开环频率特性时，还是需构建成闭环系统，测试其闭环频率特性，然后通过公式换算，获得其开环频率特性。
ω、相位裕度γ。
计算欠阻尼二阶闭环系统中的幅值穿越频率cω=ξ=n幅值穿越频率：c n ωω=相位裕度：180()c γφω=+= γ值越小， %Mp 越大，振荡越厉害；γ值越大， %Mp 越小，调节时间s t 越长，因此为使二阶闭环系统不致于振荡太厉害及调节时间太长，一般希望：3070γ<<运行、观察、记录：（1）改变惯性环节开环增益：改变A3的输入电阻R=10K 、4K 、2K 。
Ti=1（C1=2u ），T=0.1（C2=1u ）。
（2）改变惯性环节时间常数：改变A3的反馈电容C 2=1u 、2u 。
Ti=1（C1=2u ），K=25（R=4K ）。
（3）改变积分环节时间常数：改变A3的反馈电容C 1=1u 、2u 。
T=0.1（C2=1u ），K=25（R=4K ）。
五、实验数据及处理1、改变惯性环节增益K改变A3的输入电阻R ，使其值为10K ，4K ，2K （1）理论值计算：根据公式n ω=ξ=c n ωω=180()arctanc γφω=+= 计算出理论值，如下表所示。
自动控制理论实验报告 实验一二
四、实验内容 1. 典型线性环节的研究：
熟悉自动控制原理辅助开发系统和实验箱，完成如下内容。 ① 比例环节
图 1-18 比例环节阶跃响应
图
中
，
kp
Rf Ri
，
分
别
求
取
Ri 1M , R f 510k (k p 0.5)
；
Ri 1M , R f 1M , (k p 1) ； R i 500k ,R f 1M (k p 2)时的阶跃响应。
3. 三阶系统稳定性分析：
������1 = 2, ������2 = 1 × 106 1 × 106 ； K = , ������ = ������1 ������2 ������3 3 100 × 103 + ������������ ������������3
������1 = 1 × 106 × ������������ 1 ；������2 = 1 × 106 × ������������2 ；K 3 = 1 × 106 × ������������ 3 2、计算机仿真分析
3
T = ������������ ������������ ；
������������ Eo = −Kp = − Ei ������������
2. 二阶系统的阶跃响应和线性系统的稳定性研究：
������������ = 1 C(s) ������������ 2 ； = 2 ������ R(s) ������ + 2������������������ ������ + ������������ 2
电气工程学院
《自动控制理论》实验报告
姓
名：
xxxxxx
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概念和实验操作方法，加深对自动控制原理的理解和应用。
实验仪器与设备，本次实验所需仪器设备包括PID控制器、温度传感器、电磁阀、水槽、水泵等。
实验原理，PID控制器是一种广泛应用的自动控制设备，它通过对比设定值和实际值，根据比例、积分、微分三个控制参数对控制对象进行调节，以实现对控制对象的精确控制。
实验步骤：1. 将温度传感器插入水槽中，保证传感器与水温充分接触；2. 将水泵接通，使水槽内的水开始循环；3. 设置PID控制器的参数，包括比例系数、积分时间、微分时间等；4. 通过调节PID控制器的参数，使得水槽中的水温稳定在设定的目标温度；5. 观察记录PID控制器的输出信号和水温的变化情况；6. 分析实验结果，总结PID控制器的控制特性。
实验结果与分析：经过实验操作，我们成功地将水槽中的水温控制在了设定的目标温度范围内。
在调节PID控制器参数的过程中，我们发现比例系数的调节对控制效果有着明显的影响，适当增大比例系数可以缩小温度偏差，但过大的比例系数也会导致控制系统的超调现象；积分时间的调节可以消除静差，但过大的积分时间会导致控制系统的超调和振荡；微分时间的调节可以抑制控制系统的振荡，但过大的微分时间也会使控制系统的响应变慢。
结论：通过本次实验，我们深入理解了PID控制器的工作原理和调节方法，掌握了自动控制原理的基本概念和实验操作方法。
我们通过实验操作和数据分析，加深了对自动控制原理的理解和应用。
总结：自动控制原理是现代控制工程中的重要内容，PID控制器作为一种经典的控制方法，具有广泛的应用前景。
通过本次实验，我们不仅学习了自动控制原理的基本知识，还掌握了PID控制器的调节方法和控制特性。
这对我们今后的学习和工作都具有重要的意义。
南昌大学现代控制理论实验报告
现代控制理论实验报告课程名称：姓名：学号：专业班级：2016年6月目录实验一系统能控性与能观性分析 (1)实验二典型非线性环节 (3)实验三二阶非线性控制系统的相平面分析法 (10)实验四线性系统的状态反馈及极点配置 (20)实验五控制系统极点的任意配置 (24)实验六具有内部模型的状态反馈控制系统 (31)实验七状态观测器的设计及应用 (35)实验一系统的能控性与能观性分析一、实验设备计算机，MATLAB软件。
二、实验目的①学习系统状态能控性、能观测性的定义及判别方法；②通过用MATLAB编程、上机调试，掌握系统能控性、能观测性的判别方法，掌握将一般形式的状态空间描述变换成能控标准形、能观标准形。
三、实验原理说明参考教材利用MATLAB判定系统能控性，利用MATLAB判定系统能观测性。
四、实验步骤①根据系统的系数阵A和输入阵B，依据能控性判别式，对所给系统采用MATLAB编程；在MATLAB界面下调试程序，并检查是否运行正确。
②根据系统的系数阵A和输出阵C，依据能观性判别式，对所给系统采用MATLAB编程；在MATLAB界面下调试程序，并检查是否运行正确。
③构造变换阵，将一般形式的状态空间描述变换成能控标准形、能观标准形。
五．实验例题验证1、已知系数阵A和输入阵B分别如下，判断系统的状态能控性与能观性，，2. 已知系统状态空间描述如下（1）判断系统的状态能控性；（2）判断系统的状态能观测性；（3）构造变换阵，将其变换成能控标准形；（4）构造变换阵，将其变换成能观测标准形；六、实验心得本实验运用MATLAB进行系统能控性与能观性分析，很直观的看到了结果，加深了自己对能控能观的理解，实验过程很顺利，第一个实验还是比较简单的。
实验二 典型非线性环节一．实验要求1. 了解和掌握典型非线性环节的原理。
2. 用相平面法观察和分析典型非线性环节的输出特性。
二．实验原理及说明实验以运算放大器为基本元件，在输入端和反馈网络中设置相应元件（稳压管、二极管、电阻和电容）组成各种典型非线性的模拟电路，模拟电路见图3-4-5 ~ 图3-4-8所示。
南昌大学现代控制理论实验
南昌⼤学现代控制理论实验NANCHANG UNIVERSITY现代控制理论实验报告学院：信息⼯程学院系⾃动化专业班级：⾃动化103 学⽣姓名：学号：指导教师：武和雷⽇期： 2013-06-14－－－－－－－－－－南昌⼤学信息⼯程学院－－－－－－－－－时间： 2013年 06⽉14号南昌⼤学实验报告学⽣姓名：张政学号： 6100310197 专业班级：⾃动化103实验类型：□验证□综合□设计□创新实验⽇期：实验成绩：实验1 系统的传递函数阵和状态空间表达式的转换⼀、实验⽬的1 学习多变量系统状态空间表达式的建⽴⽅法、了解系统状态空间表达式与传递函数相互转换的⽅法；2 通过编程、上机调试，掌握多变量系统状态空间表达式与传递函数相互转换⽅法。
⼆、实验内容1 设系统的模型如式(1.1)⽰。
{x Ax Buy Cx D =+=+ ,,n m p x R u R y R ∈∈∈(1.1)其中A 为n ×n 维系数矩阵、B 为n ×m 维输⼊矩阵 C 为p ×n 维输出矩阵，D 为传递阵，⼀般情况下为0，只有n 和m 维数相同时，D=1。
系统的传递函数阵和状态空间表达式之间的关系如式(1.2)⽰。
()()()()1num s G s C SI A B D den s -==-+ (1.2) 式(1.2)中，()num s 表⽰传递函数阵的分⼦阵，其维数是p ×m ；()den s 表⽰传递函数阵的按s 降幂排列的分母。
三、实验步骤①根据所给系统的传递函数或（A 、B 、C 阵），依据系统的传递函数阵和状态空间表达式之间的关系如式(1.2)，采⽤MATLA 的file.m 编程。
注意：ss2tf 和tf2ss 是互为逆转换的指令；②在MATLAB 界⾯下调试程序，并检查是否运⾏正确。
③ [例1.1] 已知SISO 系统的状态空间表达式为(1.3)，求系统的传递函数。
112233010100134326x x x x u x x =+----???????? []123100x y x x ????=??????(1.3)四、实验结果程序:%⾸先给A 、B 、C 阵赋值；A=[0 1 0;0 0 1;-4 -3 -2];B=[1;3;-6];C=[1 0 0];D=0;%状态空间表达式转换成传递函数阵的格式为[num,den]=ss2tf(a,b,c,d,u)[num,den]=ss2tf(A,B,C,D,1)程序运⾏结果:num =0 1.0000 5.0000 3.0000den =1.00002.00003.00004.0000从程序运⾏结果得到:系统的传递函数为:()23253234s s G s s s s ++=+++ ........................ .. (1.4)④ [例1.2] 从系统的传递函数(1.4)式求状态空间表达式。
南昌大学自动控制原理实验报告实验三
南昌大学实验报告学生姓名：王瑾然学号：6101113031 专业班级：电气131班实验类型：■ 验证□ 综合□ 设计□ 创新实验日期：实验成绩：一、实验项目名称实验3.1.3 三阶系统的瞬态响应和稳定性二、实验要求1.了解和掌握典型三阶系统模拟电路的构成方法及Ⅰ型三阶系统的传递函数表达式。
2.熟悉劳斯（ROUTH）判据使用方法。
3.应用劳斯（ROUTH）判据，观察和分析Ⅰ型三阶系统在阶跃信号输入时，系统的稳定、临界稳定及不稳定三种瞬态响应。
三、主要仪器设备及耗材1.计算机一台（Windows XP操作系统）2.AEDK-labACT自动控制理论教学实验系统一套bACT6_08软件一套四、实验内容和步骤本实验用于观察和分析三阶系统瞬态响应和稳定性。
Ⅰ型三阶闭环系统模拟电路如图3-1-8所示。
它由积分环节（A2）、惯性环节（A3和A5）构成。
Ⅰ型三阶闭环系统模拟电路图，分别将（A11）中的直读式可变电阻调整到30K 、41.7K 、100K ，跨接到A5单元（H1）和（IN ）之间，改变系统开环增益进行实验。
（1）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三阶典型系统瞬态响应和稳定性实验项目，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。
也可选用普通示波器观测实验结果。
（2）分别将（A11）中的直读式可变电阻调整到30K 、41.7K 、100K ，按下B1按钮，用示波器观察A5单元信号输出端C （t ）的系统阶跃响应。
（3）改变时间常数，重新观测结果，填入实验报告。
五、实验数据及结果分析理论值：（1）积分环节的积分时间常数111i T R C s =⨯=（2）惯性环节的惯性时间常数 1320.1T R C s =⨯=， 3121R K R == （3）惯性环节的惯性时间常数 2430.5T R C s =⨯=，42500R K K R R== （4）闭环系统的特征方程为： 321220200S S S K +++=（5）由劳斯判据得 0K 12 41.7K 12 R 41.7K Ω K 12 R 41.7K Ω R K <<⇒>Ω⎧⎪=⇒=⎨⎪>⇒<⎩系统稳定系统临界稳定系统不稳定实际值：（1）100R K =Ω时实际图像如图所示。
典型环节的模拟研究自动控制实验报告
②待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到1V（与输入相等）处，再移动另一根横游标到ΔV=Kp×输入电压处，得到与积分曲线的两个交点。
③再分别移动示波器两根纵游标到积分曲线的两个交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。
5).观察比例微分环节的阶跃响应曲线
（2）构造模拟电路：按图接线
（3）运行、观察、记录：（注：CH1选‘×1’档。时间量程选‘×1’档）
打开虚拟示波器的界面，点击开始，用示波器观测A6输出端（Uo），按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮时（0→+4V阶跃），等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到4V（输入）×0.632处，，得到与惯性的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开始到曲线的交点，量得惯性环节模拟电路时间常数T。A6输出端（Uo）的实际响应曲线Uo（t）。
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秒秒左右（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= 1V（D1单元右显示）。
（2）构造模拟电路：按图接线
（3）运行、观察、记录：（注：CH1选‘×1’档。时间量程调选‘×1’档）
实 验 报 告
实验课程：自动控制理论
学生姓名：
学 号：
专业班级：
2013年 12 月 20日
南昌大学实验报告
学生姓名：学 号：专业班级：
实验类型：■ 验证□综合□设计□创新 实验日期：实验成绩：
典型环节的模拟研究
一、实验要求：
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
南昌大学现代控制理论实验报告
实验报告实验课程：现代控制理论姓名：学号：专业班级：2016年6月实验一系统的能控性与能观性分析一、实验设备PC计算机，MATLAB软件。
二、实验目的①学习系统状态能控性、能观测性的定义及判别方法；②通过用MATLAB编程、上机调试，掌握系统能控性、能观测性的判别方法，掌握将一般形式的状态空间描述变换成能控标准形、能观标准形。
三、实验原理说明参考教材利用MATLAB判定系统能控性”利用MATLAB判定系统能观测性”四、实验步骤①根据系统的系数阵A和输入阵B，依据能控性判别式，对所给系统采用MATLAB编程；在MATLAB界面下调试程序，并检查是否运行正确。
②根据系统的系数阵A和输出阵C，依据能观性判别式，对所给系统采用MATLAB编程；在MATLAB界面下调试程序，并检查是否运行正确。
③构造变换阵，将一般形式的状态空间描述变换成能控标准形、能观标准形。
五．实验例题验证1、已知系数阵A和输入阵B分别如下，判断系统的状态能控性与能观性，，2. 已知系统状态空间描述如下（1）判断系统的状态能控性；（2）判断系统的状态能观测性；（3）构造变换阵，将其变换成能控标准形；（4）构造变换阵，将其变换成能观测标准形；六、实验心得本实验运用MATLAB进行系统能控性与能观性分析，很直观的看到了结果，加深了自己对能控能观的理解，实验过程很顺利，第一个实验还是比较简单的。
实验二典型非线性环节一．实验要求1.了解和掌握典型非线性环节的原理。
2.用相平面法观察和分析典型非线性环节的输出特性。
二．实验原理及说明实验以运算放大器为基本元件，在输入端和反馈网络中设置相应元件（稳压管、二极管、电阻和电容）组成各种典型非线性的模拟电路，模拟电路见图3-4-5 ~ 图3-4-8所示。
1．继电特性理想继电特性的特点是：当输入信号大于0时，输出U0=+M，输入信号小于0，输出U0=-M。
理想继电特性如图3-4-1所示，模拟电路见图3-4-5，图3-4-1中M值等于双向稳压管的稳压值。
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。
自动控制理论实验报告
自动控制理论实验报告自动控制理论实验报告引言：自动控制理论是一门研究如何使系统在给定的要求下自动地实现稳定性、准确性和鲁棒性的学科。
在工程领域中，自动控制理论的应用广泛，例如在机械、电子、航空航天等领域。
本实验旨在通过控制系统的设计和实施，验证自动控制理论的有效性。
实验一：PID控制器的设计与实现PID控制器是一种常用的控制器，由比例项、积分项和微分项组成。
在本实验中，我们将通过设计一个PID控制器来实现对一个模拟系统的控制。
首先，我们需要建立系统模型，即将系统的输入和输出之间的关系进行数学建模。
然后，根据系统模型和控制目标，我们可以确定PID控制器的参数。
最后，将PID控制器与系统进行连接，并进行实际控制实验。
实验二：状态空间控制器的设计与实现状态空间控制器是一种基于系统状态的控制方法。
在本实验中，我们将利用状态空间理论设计一个控制器来实现对一个模拟系统的控制。
首先，我们需要将系统的动态行为用状态方程的形式表示出来。
然后，通过选择适当的状态反馈增益矩阵，可以实现对系统状态的调节。
最后，将状态空间控制器与系统进行连接，并进行实际控制实验。
实验三：模糊控制器的设计与实现模糊控制器是一种基于模糊逻辑的控制方法。
在本实验中，我们将利用模糊控制理论设计一个控制器来实现对一个模拟系统的控制。
首先，我们需要将系统的输入和输出之间的关系用模糊规则进行描述。
然后，通过选择适当的模糊规则和隶属函数，可以实现对系统的非线性控制。
最后，将模糊控制器与系统进行连接，并进行实际控制实验。
实验四：神经网络控制器的设计与实现神经网络控制器是一种基于神经网络的控制方法。
在本实验中，我们将利用神经网络理论设计一个控制器来实现对一个模拟系统的控制。
首先，我们需要将系统的输入和输出之间的关系用神经网络进行建模。
然后，通过训练神经网络，可以实现对系统的自适应控制。
最后，将神经网络控制器与系统进行连接，并进行实际控制实验。
结论：通过本次实验，我们验证了自动控制理论在实际系统中的有效性。
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。
自动控制理论实验报告
自动控制理论实验报告实验二控制系统的时域分析一、实验目的学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性；二、实验要点1、系统的典型响应有哪些？2、如何判断系统稳定性？3、系统的动态性能指标有哪些？三、实验方法（一）四种典型响应1、阶跃响应：阶跃响应常用格式：1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。
2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。
3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。
4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。
2、脉冲响应：脉冲函数在数学上的精确定义：0,0)(1)(0==?∞t x f dx x f 其拉氏变换为：)()()()(1)(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。
脉冲响应函数常用格式：① )(sys impulse ；② );,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y =（二）分析系统稳定性有以下三种方法：1、利用pzmap 绘制连续系统的零极点图；2、利用tf2zp 求出系统零极点；3、利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点（三）系统的动态特性分析Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.四、实验内容实验三控制系统的根轨迹分析一实验目的1．利用计算机完成控制系统的根轨迹作图2．了解控制系统根轨迹图的一般规律3．利用根轨迹图进行系统分析二实验要点1. 预习什么是系统根轨迹？2. 闭环系统根轨迹绘制规则。
三实验方法（一）方法：当系统中的开环增益k 从0到变化时，闭环特征方程的根在复平面上的一组曲线为根轨迹。
自动控制理论实验报告-频率特性分析
实验报告
编号：
频率特性分析
实验报告
学生姓名 专 班 学 日 业 级 号 期
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频率特性分析
实验报告
自动控制理论
频率特性分析实验报告
一、实验目的
1.掌握频率特性的基本概念，尤其是频率特性的几种表示方法； 2.能熟练绘制极坐标频率特性曲线（奈奎斯特曲线）和对数频率特性曲线， 尤其要注意的是在非最小相位系统时曲线的绘制； 3.正确应用频率稳定判别方法，包括奈奎斯特稳定判据和对数稳定判据； 4.熟练正确计算相位裕量和幅值裕量； 5.掌握闭环频率特性的基本知识以及有关指标的近似估算方法。
三、实验结果
1.增加开环传函零极点个数对
图 3.1
2
频率特性分析
实验报告
奈奎斯特图的影响。 （1）奈奎斯特图如图 3.1 所示。随着开环极点个数的增加，奈氏图将越过 虚轴，与实轴的交点向左偏移，穿越实轴负半轴的次数也在改变。 （2）当 v=1,2,3,4,5,6 时的奈奎斯特图分别如图 3.2（a）~（f）所示。由图可 知， 即使只增加一个零极点， 奈氏曲线都将达到无穷远处， 而且每增加一个极点， 奈氏曲线将顺时针旋转近似 90°。
（a）图 3.7
（b）
4.闭环频率特性与系统动态性能的关系。 式（2-4）中，当 0.3 ，0.5，0.7 时的系统阶跃响应分别如图 3.8（a） （b） （c）所示。由图可知，随着阻尼比 ζ 的增大，峰值减小，响应时间缩短，系统 由欠阻尼状态过渡到临界阻尼状态。
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频率特性分析
实验报告
（a） 0.3
G1 s H 1 s G2 s H 2 s
255 s 1 s 2 s 3 s 4 s 255 s 1 s 2 s 3 s 4 s
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实验报告实验课程：学生：学号：专业班级：实验一典型环节的模拟研究一. 实验要求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三．实验容及步骤在实验中欲观测实验结果时，可用普通示波器，也可选用本实验机配套的虚拟示波器。
如果选用虚拟示波器，只要运行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，点击开场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局部。
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实验步骤：注：‘S ST’不能用“短路套〞短接！〔1〕用信号发生器〔B1〕的‘阶跃信号输出’和‘幅度控制电位器’构造输入信号〔Ui〕：B1单元中电位器的左边K3开关拨下〔GND〕，右边K4开关拨下〔0/+5V阶跃〕。
阶跃信号输出〔B1的Y测孔〕调整为4V〔调节方法：按下信号发生器〔B1〕阶跃信号按钮，L9灯亮，调节电位器，用万用表测量Y测孔〕。
〔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〕测孔联线模块号跨接座号1 A1 S4，S7〔电阻R1=100K〕2 A6 S2，S6〔3〕运行、观察、记录：〔注：CH1选‘×1’档。
时间量程选‘×1’档〕①翻开虚拟示波器的界面，点击开场，按下信号发生器〔B1〕阶跃信号按钮〔0→+4V 阶跃〕，用示波器观测A6输出端〔Uo〕的实际响应曲线Uo〔t〕。
②改变比例系数〔改变运算模拟单元A1的反应电阻R1〕，重新观测结果，填入实验报告。
2)．观察惯性环节的阶跃响应曲线典型惯性环节模拟电路如图3-1-4所示。
图3-1-4 典型惯性环节模拟电路实验步骤：注：‘S ST’不能用“短路套〞短接！1 信号输入〔Ui〕B1〔Y〕→A1〔H1〕2 运放级联A1〔OUT→A6〔H1〕〔1〕用信号发生器〔B1〕的‘阶跃信号输出’和‘幅度控制电位器’构造输入信号〔Ui〕：B1单元中电位器的左边K3开关拨下〔GND〕，右边K4开关拨下〔0/+5V阶跃〕。
阶跃信号输出〔B1的Y测孔〕调整为4V〔调节方法：按下信号发生器〔B1〕阶跃信号按钮，L9灯亮，调节电位器，用万用表测量Y测孔〕。
〔2〕构造模拟电路：按图3-1-4安置短路套及测孔联线，表如下。
〔a〕安置短路套〔b〕测孔联线模块号跨接座号1 A1 S4，S8，S10〔电容C=1uf〕2 A6 S2，S6〔①翻开虚拟示波器的界面，点击开场，用示波器观测A6输出端〔Uo〕，按下信号发生器〔B1〕阶跃信号按钮时〔0→+4V阶跃〕，等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到4V〔输入〕×0.632处，，得到与惯性的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开场到曲线的交点，量得惯性环节模拟电路时间常数T。
A6输出端〔Uo〕的实际响应曲线Uo〔t〕。
②改变时间常数及比例系数〔分别改变运算模拟单元A1的反应电阻R1和反应电容C〕，重新观测结果，填入实验报告。
3)．观察积分环节的阶跃响应曲线典型积分环节模拟电路如图3-1-5所示。
图3-1-5 典型积分环节模拟电路实验步骤：注：‘S ST’用短路套短接！〔1〕为了防止积分饱和，将函数发生器〔B5〕所产生的周期性矩形波信号〔OUT〕，代替信号发生器〔B1〕中的人工阶跃输出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秒左右〔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= 1V〔D1单元右显示〕。
〔2〕构造模拟电路：按图3-1-5安置短路套及测孔联线，表如下。
〔a〕安置短路套〔b〕测孔联线1 信号输入〔Ui〕B1〔Y〕→A1〔H1〕2 运放级联A1〔OUT〕→A6〔H1〕1 信号输入〔Ui〕B5〔OUT〕→A1〔H1〕2 运放级联A1〔OUT〕→A6〔H1〕模块号跨接座号1 A1 S4，S10〔电容C=1uf〕2 A6 S2，S6〔3〕运行、观察、记录：〔注：CH1选‘×1’档。
时间量程选‘×1’档〕①翻开虚拟示波器的界面，点击开场，用示波器观测A6输出端〔Uo〕，调节调宽电位器使宽度从0.3秒开场调到积分输出在虚拟示波器顶端〔即积分输出电压接近+5V〕为止。
②等待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到0V处，再移动另一根横游标到ΔV=1V 〔与输入相等〕处，得到与积分的曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开场到曲线的交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。
A6输出端〔Uo〕的实际响应曲线Uo〔t〕。
③改变时间常数〔分别改变运算模拟单元A1的输入电阻Ro和反应电容C〕，重新观测结果，填入实验报告。
〔可将运算模拟单元A1的输入电阻的短路套〔S4〕去掉，将可变元件库〔A11〕中的可变电阻跨接到A1单元的H1和IN测孔上，调整可变电阻继续实验。
〕4)．观察比例积分环节的阶跃响应曲线典型比例积分环节模拟电路如图3-1-8所示.。
图3-1-8 典型比例积分环节模拟电路实验步骤：注：‘S ST’用短路套短接！〔1〕为了防止积分饱和，将函数发生器〔B5〕所产生的周期性矩形波信号〔OUT〕，代替信号发生器〔B1〕中的人工阶跃输出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秒秒左右〔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 = 1V〔D1单元右显示〕。
〔2〕构造模拟电路：按图3-1-8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：〔注：CH1选‘×1’档。
时间量程调选‘×1’档〕①翻开虚拟示波器的单迹界面，点击开场，用示波器观测A6输出端〔Uo〕。
3 B5 ‘S-ST’1 信号输入〔Ui〕B5〔OUT →A5〔H1〕2 运放级联A5〔OUT〕→A6〔H1〕模块号跨接座号1 A5 S4，S8，S9〔电容C=2uf〕2 A6 S2，S63 B5 ‘S-ST’②待完整波形出来后，移动虚拟示波器横游标到1V〔与输入相等〕处，再移动另一根横游标到ΔV=Kp×输入电压处，得到与积分曲线的两个交点。
③再分别移动示波器两根纵游标到积分曲线的两个交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti。
④改变时间常数及比例系数〔分别改变运算模拟单元A5的输入电阻Ro和反应电容C〕，重新观测结果，填入实验报告。
5)．观察比例微分环节的阶跃响应曲线典型比例微分环节模拟电路如图3-1-9所示。
图3-1-9 典型比例微分环节模拟电路实验步骤：注：‘S ST’用短路套短接!〔1〕将函数发生器〔B5〕单元的矩形波输出作为系统输入R。
〔连续的正输出宽度足够大的阶跃信号)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秒左右〔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 = 0.5V〔D1单元右显示〕。
〔2〕构造模拟电路：按图3-1-9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： CH1选‘×1’档。
时间量程选‘／4’档。
①翻开虚拟示波器的界面，点击开场，用示波器观测系统的A6输出端〔Uo〕，响应曲线见图3-1-10。
等待完整波形出来后，把最高端电压〔4.77V〕减去稳态输出电压〔0.5V〕，然后乘以0.632，得到ΔV=2.7V。
②移动虚拟示波器两根横游标，从最高端开场到ΔV=2.7V处为止，得到与微分的指数曲线的交点，再移动虚拟示波器两根纵游标，从阶跃开场到曲线的交点，量得Δt=0.048S。
③K D=10，那么图3-1-9的比例微分环节模拟电路微分时间常数：0.48StKTDD=⨯=∆6)．观察PID〔比例积分微分〕环节的响应曲线PID〔比例积分微分〕环节模拟电路如图3-1-11所示。
模块号跨接座号1 A4 S4，S92 A6 S2，S63 B5 ‘S-ST’1 信号输入(Ui)B5〔OUT〕→A4〔H1〕2 运放级联A4〔OUT〕→A6〔H1〕图3-1-11PID 〔比例积分微分〕环节模拟电路实验步骤：注：‘S ST ’用短路套短接！〔1〕为了防止积分饱和，将函数发生器〔B5〕所产生的周期性矩形波信号〔OUT 〕，代替信号发生器〔B1〕中的人工阶跃输出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0.1秒左右〔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= 0.2V 〔D1单元右显示〕。
〔2〕构造模拟电路：按图3-1-11安置短路套及测孔联线，表如下。
〔a 〕安置短路套 〔b 〕测孔联线模块号 跨接座号1 A2 当电阻R1=10K 时 S1，S72 A6 S2，S6 3B5‘S-ST ’〔3〕运行、观察、记录： 〔CH1选‘×1’档。
时间量程选‘／4’档〕 ① 翻开虚拟示波器的单迹界面，点击开场，用示波器观测A6输出端〔Uo 〕。
② 等待完整波形出来后，移动虚拟示波器两根横游标使之ΔV=Kp ×输入电压，，得到与积分的曲线的两个交点。
③ 再分别移动示波器两根纵游标到积分的曲线的两个交点，量得积分环节模拟电路时间常数Ti 。
注意：该实验由于微分的时间太短，较难捕捉到，必须把波形扩展到最大〔/ 4档〕，但有时仍无法显示微分信号。
定量观察就更难了，因此，建议用一般的示波器观察。
④ 改变时间常数及比例系数〔分别改变运算模拟单元A2的输入电阻Ro 和反应电阻R 1〕，重新观测结果，填入实验报告。
1 信号输入〔Ui 〕 B5〔OUT 〕→A2〔H1〕 2运放级联A2〔OUT 〕→A6〔H1〕实验截图实验二 二阶系统瞬态响应和稳定性一．实验要求1. 了解和掌握典型二阶系统模拟电路的构成方法及Ⅰ型二阶闭环系统的传递函数标准式。