自控实验1

实验报告

课程名称：___自动控制理论实验____________指导老师：_ 吴越__

_成绩：实验名称：典型环节的模拟电路实验类型：_ __________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤

五、实验数据记录和处理

六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

实验1 典型环节的模拟电路

一. 实验目的

1.熟悉慢扫描示波器的性能和使用方法；

2.掌握典型环节的电模拟方法及其参数测试方法；

3.测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响。

二，实验内容

1，了解双线示波器的使用方法和性能；

2，画出测试电路图及典型环节的模拟电路图； 3，观察并记录s 5.0/1s G =）（环节的动态波形，)1/(2s 1+=s G ）（和)15.0/(1s 2+=s G ）（；积分环节：s s G s s G 5.0/1)(2/1)(1==和比例积分环节s s G s S G 5.0/12)(2/11)(1+=+=和；观察并记录比例积分微分环节的动态波形。

三，实验仪器设备

1.电子模拟实验装置一台

2.超低频慢扫描示波器一台

3.万用表一只

四，实验原理

本实验采用复合网络来模拟各种典型环节，即是设置运算放大器不同的输入网络和反馈网络来模拟各种典型环节,根据实域等效电路来求各典型环节的等效模拟电路电路。

五，实验数据记录

1.(1))1/(2s 1+=s G ）（对应R3=1000K,R2=500K,C=1UF

阶跃脉冲为+4.5V输入时，稳定输出值为-9.0V，时间τ=2.0S (2),)1

G）

（:

5.0

R3=500k，R2=500K,C=1UF

输入阶跃脉冲为+4.5V时，稳定输出值为-4.5V，时间常数τ=1.0s

实验报告

课程名称：___自动控制理论实验____________指导老师：_ 吴越__

五、实验数据记录和处理

六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

2,(1),积分环节

R=1M,C=1UF

积分环节，输入为+4.5V 的阶跃脉冲，输出积分最大值为-22.5V ，积分时间为7.0S

(2)，积分环节s 5.0/1s G ）

（

R=500K,C=1UF

输入为+4.5V的阶跃脉冲，积分输出最大值为-28.5V，积分时间5.0S

4,(1)，比例积分微分环节的电路图和动态波形

R1=R2=200k,R3=5K,C1=1UF,C2=10UF

输入为脉冲+4.5V，在零时刻有一个冲击响应，，然后进行积分，积分起点为-28.0V积分输出最大值为-28.0V，积分时间为2.0S

实验报告课程名称：___自动控制理论实验____________指导老师：_ 吴越__

_成绩：

实验名称：典型环节的模拟电路实验类型：_ __________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）

三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤

五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

(2).R1=R2=R3=200K,C1=1UF,C2=10UF

输入仍为脉冲+4.5v，输出脉冲电压为-28.0V

六，实验结果分析

1，惯性环节)1

G）

由于R2=2R1，所以稳定时的电压是Uin的2倍，而方向相反，所以为-7.0v,时间啊常数为RC=2s，测量值为2.0s，相对误差为0%。

5.0

)

G,R1=R2，所以稳定时（电容为断路），有UO=Uin，方向相反，测量值为-4.5V，相对误差为0%，时间常数RC=1.0s，测量值为1.0s，相对误差为0%.

2,积分环节S

G/1

)

积分电流为1/1M=1uA,所以积分时间理论值应为7.5s，实际测量值，积分最大值为-22.5V，误差为0%，时间为7.0s，相对误差为7.1%。

G5.0/1

)

(=,R=500K，积分电流为2uA,理论积分最大值为-28.0v,积分时间为5.0s,实际测量值为积分最大电压-28.5V，误差为1.8%,积分时间为5.0s，相对误差为0%

3比例积分微分环节

)]

/)2

[(

)

G+

将R1=R2=200K,R3=5K,C1=1UF,C2=10UF

G(S)=-(1.002+5/S+0.05S) 其中有一个冲激0.05S，其次为有积分起点的比例积分函数. 将R1=R2=R3=200K,C1=1UF,C2=10UF代入得

G(S)=-(2+5/S+2S)，所得为一个近似阶跃脉冲的输出。

七，思考题

1.运算放大器模拟各环节的传递函数是在什么情况下推导的？

答：虚短条件。

2，积分环节和惯性环节主要差别是什么？惯性环节在什么情况下可以近似为积分环节？在什么条件下课近似为比例环节？

答：积分环节是输出立即线性改变，惯性环节有个过渡过程。当时间常数很大的时候过渡过程就可视为线性变化，近似为积分环节当时间常数很小即是过渡过程很短，忽略不计。

3，如何从阶跃响应的输出波形中测出惯性环节的时间常数？

答：以零时刻为原点，当电压变为稳定值的0.63倍的时候的时间即视为时间常数

八，实验心得

1.电容式储能元件，使用完要再次使用时要先对其进行放电处理

2.阶跃响应的输入不宜过大，否则会烧坏运算放大器。

3.部分仪器器件可能存在问题，需耐心调整或更换，慢慢调出所需波形。

现代控制理论实验报告

实验报告 ( 2016-2017年度第二学期) 名称：《现代控制理论基础》题目：状态空间模型分析院系：控制科学与工程学院班级： ___ 学号： __ 学生姓名： ______ 指导教师： _______ 成绩：日期： 2017年 4月 15日

线控实验报告一、实验目的： l.加强对现代控制理论相关知识的理解； 2.掌握用 matlab 进行系统李雅普诺夫稳定性分析、能控能观性分析；二、实验内容 1 第一题：已知某系统的传递函数为G (s) S23S2 求解下列问题：（1）用 matlab 表示系统传递函数 num=[1]; den=[1 3 2]; sys=tf(num,den); sys1=zpk([],[-1 -2],1); 结果： sys = 1 ------------- s^2 + 3 s + 2 sys1 = 1 ----------- (s+1) (s+2) （2）求该系统状态空间表达式： [A1,B1,C1,D1]=tf2ss(num,den); A = -3-2 10 B = 1 C = 0 1

第二题：已知某系统的状态空间表达式为： 321 A ,B,C 01：10 求解下列问题：（1）求该系统的传递函数矩阵：（2）该系统的能观性和能空性：（3）求该系统的对角标准型：（4）求该系统能控标准型：（5）求该系统能观标准型：（6）求该系统的单位阶跃状态响应以及零输入响应：解题过程：程序： A=[-3 -2;1 0];B=[1 0]';C=[0 1];D=0; [num,den]=ss2tf(A,B,C,D); co=ctrb(A,B); t1=rank(co); ob=obsv(A,C); t2=rank(ob); [At,Bt,Ct,Dt,T]=canon(A,B,C,D, 'modal' ); [Ac,Bc,Cc,Dc,Tc]=canon(A,B,C,D, 'companion' ); Ao=Ac'; Bo=Cc'; Co=Bc'; 结果：（1） num = 0 01 den = 1 32 （2）能控判别矩阵为： co = 1-3 0 1 能控判别矩阵的秩为： t1 = 2 故系统能控。（3）能观判别矩阵为： ob = 0 1

自控实验4

东南大学自动化学院实验报告课程名称：控制基础第 4 次实验实验名称：串联校正研究院（系）：自动化学院专业：自动化姓名：徐丽娜学号：08011308 实验室：416 实验组别：同组人员：刘燊燊实验时间：2013年12月20日评定成绩：审阅教师：

一、实验目的：（1）熟悉串联校正的作用和结构（2）掌握用Bode图设计校正网络（3）在时域验证各种网络参数的校正效果二、实验原理：（1）校正的目的就是要在原系统上再加一些由调节器实现的运算规律，使控制系统满足性能指标。由于控制系统是利用期望值与实际输出值的误差进行调节的，所以，常常用“串联校正”调节方法，串联校正在结构上是将调节器Gc(S)串接在给定与反馈相比误差之后的支路上，见下图。设定校正网络Gc(S) 被控对象H(S) 实际上，校正设计不局限这种结构形式，有局部反馈、前馈等。若单从稳定性考虑，将校正网络放置在反馈回路上也很常见。（2）本实验取三阶原系统作为被控对象，分别加上二个滞后、一个超前、一个超前-滞后四种串联校正网络，这四个网络的参数均是利用Bode图定性设计的，用阶跃响应检验四种校正效果。由此证明Bode图和系统性能的关系，从而使同学会设计校正网络。三、实验设备： THBDC-1实验平台 THBDC-1虚拟示波器四、实验线路：五、实验步骤：

（1）不接校正网络，即Gc(S)=1，如总图。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode 图解释；（2）接人参数不正确的滞后校正网络，如图4-2。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode 图解释；（3）接人参数较好的滞后校正网络，如图4-3。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode 图解释；（4）接人参数较好的超前校正网络，如图4-4。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode 图解释；（5）接人参数较好的混合校正网络，如图4-5，此传递函数就是工程上常见的比例-积分-微分校正网络，即PID 调节器。观察并记录阶跃响应曲线，用Bode 图解释；六、预习与回答：（1）写出原系统和四种校正网络的传递函数，并画出它们的Bode 图，请预先得出各种校正后的阶跃响应结论，从精度、稳定性、响应时间说明五种校正网络的大致关系。（2）若只考虑减少系统的过渡时间，你认为用超前校正还是用滞后校正好？（3）请用简单的代数表达式说明用Bode 图设计校正网络的方法七、报告要求：（1）画出各种网络对原系统校正的BODE 图，从BODE 图上先得出校正后的时域特性，看是否与阶跃响应曲线一致。（2）为了便于比较，作五条阶跃曲线的坐标大小要一致。八、预习题回答一、预习思考（1）写出原系统和四种校正网络的传递函数，并画出它们的Bode 图，请预先得出各种校正后的阶跃响应结论，从精度、稳定性、响应时间说明五种校正网络的大致关系。答：原系统开环传递函数：)1051.0)(1094.0)(12.0(2 .10)(+++=s s s s G 原系统的Bode 图：

自动控制根轨迹实验(二)

2 线性系统的根轨迹研究 2.1 实验目的（1）考察闭环系统根轨迹的一般形成规律。（2）观察和理解引进零极点对闭环根轨迹的影响。（3）观察、理解根轨迹与系统时域响应之间的联系。（4）初步掌握利用产生根轨迹的基本指令和方法。 2.2 实验内容根轨迹绘制的指令法、交互界面法；复平面极点分布和系统响应的关系。已知单位负反馈系统的开环传递函数为2 )^54()2()(2+++=s s s K s G ，实验要求：（1）试用MATLAB 的rlocus 指令，绘制闭环系统根轨迹。（要求写出指令，并绘出图形。） num=[1 2] num = 1 2 >> den=[1 0 16 0 25] den = 1 0 16 0 25 >> rlocus(tf(num,den));

（2）利用MATLAB的rlocfind指令，确定根轨迹的分离点、根轨迹与虚轴的交点。（要求写出指令，并给出结果。）（3）利用MATLAB的rlocfind指令,求出系统临界稳定增益,并用指令验证系统的稳定性。 >> rlocfind(G) Select a point in the graphics window selected_point = -0.0000 + 3.6025i ans = 65.8411

>> sym G G=tf([1 2],[1 8 26 40 25]); sym p den=[1 8 26 40 25]; p=roots(den) ans = G ans = p p = -2.0000 + 1.0000i -2.0000 - 1.0000i -2.0000 + 1.0000i -2.0000 - 1.0000i （4）利用SISOTOOL交互界面，获取和记录根轨迹分离点、根轨迹与虚轴的交点处的关键参数，并与前面所得的结果进行校对验证。（要求写出记录值，并给出说明。）

自动控制原理学生实验：二阶开环系统的频率特性曲线

实验三二阶开环系统的频率特性曲线一．实验要求 1．研究表征系统稳定程度的相位裕度γ和幅值穿越频率c ω对系统的影响。 2．了解和掌握欠阻尼二阶开环系统中的相位裕度γ和幅值穿越频率c ω的计算。 3．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。二．实验内容及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。自然频率：T iT K = n ω 阻尼比：KT Ti 2 1= ξ （3-2-1）谐振频率： 2 21ξωω-=n r 谐振峰值：2 121lg 20)(ξ ξω-=r L （3-2-2）计算欠阻尼二阶闭环系统中的幅值穿越频率ωc 、相位裕度γ：幅值穿越频率： 24241ξξωω-+? =n c （3-2-3）相位裕度： 4 24122arctan )(180ξξξω?γ++-=+=c （3-2-4） γ值越小，Mp%越大，振荡越厉害；γ值越大，Mp%小，调节时间ts 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： 30°≤γ≤70° （3-2-5）本实验所构成的二阶系统符合式（3-2-5）要求。被测系统模拟电路图的构成如图1所示。图1 实验电路本实验将数/模转换器（B2）单元作为信号发生器，自动产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化（0.5Hz~16Hz ），OUT2输出施加于被测系统的输入端r (t)，然后分别测量被测系统的输出信号的开环对数幅值和相位，数据经相关运算后在虚拟示波器中显示。实验步骤：（1）将数/模转换器（B2）输出OUT2作为被测系统的输入。（2）构造模拟电路：安置短路套及测孔联线表同笫3.2.2 节《二阶闭环系统的频率特性曲线测试》。（3）运行、观察、记录： ① 将数/模转换器（B2）输出OUT2作为被测系统的输入，运行LABACT 程序，在界面的自动控制菜单下的线性控制系统的频率响应分析-实验项目，选择二阶系统，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始，实验开始后，实验机将自动产生0.5Hz~16H 等多种频率信号，等待将近十分钟，测试结束后，观察闭环对数幅频、相频曲线和幅相曲线。 ② 待实验机把闭环频率特性测试结束后，再在示波器界面左上角的红色‘开环’或‘闭

自动控制理论实验

电气学科大类 07 级《信号与控制综合实验》课程实验报告 (基本实验二:自动控制理论基本实验) 姓名任传麒学号U200715929 专业班号水利水电0702 指导教师日期实验成绩评阅人

目录实验十一二阶系统的模拟与动态性能研究 ....................... - 2 - 实验十二二阶系统的稳态性能研究 .................................... - 6 - 实验十四线性控制系统的设计与校正.............................. - 20 - 实验十六系统控制极点的任意配置 .................................. - 25 -

实验十一二阶系统的模拟与动态性能研究一．实验原理典型二阶系统的方框图如图11-1：其闭环传递函数为：2 2 2 2 2) (1)()(n n n s s k s Ts K s G s G s ωξωωφ++= ++= += 式中：T K KT n = = ωξ;21 ζ 为系统的阻尼比，ωn 为系统的无阻尼自然频率。常见的二阶系统有各种各样的物理系统，如简单的直流电机速度控制系统，温度控制等。调节系统的开环增益K ，或者时间常数T 可是系统的阻尼比分别为：1,10=<<ζζ和1>ζ三种。实验中能观测对应于这三种情况的系统阶跃响应曲线是完全不同的。二阶系统可用图11-2所示的模拟电路图来模拟：二．实验目的 1.掌握典型二阶系统动态性能指标的测试方法。

2.通过实验和理论分析计算比较，研究二阶系统的参数对其动态性能的影响。三．实验内容 1.在实验装置上搭建二阶系统的模拟电路（参考图11-2）。 2.分别设置ξ=0；0<ξ<1；ξ>1，观察并记录r(t)为正负方波信号时的输出波形C(t)；分析此时相对应的各σp 、ts ，加以定性的讨论。 3.改变运放A 1的电容C ，再重复以上实验内容。四．实验设备 1.电子模拟装置一台。 2.数字或模拟示波器一台。五．实验步骤根据实验内容，自行设计并完成实验步骤：改变二阶系统模拟电路的开环增益K 或时间常数T ，观测当阻尼比ξ或无阻尼自然频率ωn 为不同值时系统的动态性能。请于实验前根据实验内容考虑一下：改变阻尼比ξ时应该改变什么参数？改变运放A 1 的电容C 实际上又是改变了典型二阶系统的什么参数？改变增益K 以及时间常数T 是通过调什么参数来完成的？六．实验报告 1.图11-2的传递函数为：2 22 )(2 2 ++= TKs s T s φ，其中T=104C ，K=R 2/104 ??????? ??? ?= =???????? ==大小有关与电位器大小有关与电容222 R C 222222 ξωξωξωωn n n n K T T K T 2.（1）实验电路图如图11-2所示。（2）实验数据： 0.68μ f=2.353Hz V p-p =2.0V 临界阻尼0.76Ω

经典自控实验报告

控制理论：实验一典型环节的电路模拟与软件仿真 1. 比例（P ）环节 1.1 实验电路图中后一个单元为反相器，其中R 0=200K 。 1.2 实验设备阶跃信号发生器(单位阶跃输入)；电路单元U 6，U 12；直流数字电压表(测输入电压)；“THBDC-1”软件 1.3实验数据及实验响应曲线 R 1=100K ，R 2=200K(K=2)，R 0=200K 时红色曲线为输入u i ，蓝色曲线为输出u o 。注：为了更好的观测实验曲线，实验时可适当调节软件上的分频系数(一般调至刻度2)和“ ” 按钮(时基自动)，以下实验同样。 2. 积分（I ）环节 2.1 实验电路图中后一个单元为反相器，其中R 0=200K 。 2.2 实验设备阶跃信号发生器(单位阶跃输入)，电路单元U 6，U 12，直流数字电压表(测输入电压)，

“THBDC-1”软件 2.3实验数据及实验响应曲线 R=100K，C=10 uF，R0=200K ，(T=RC=100K×10uF=1)时, 红色曲线为输入u i，蓝色曲线为输出u o。注：当实验电路中有积分环节时，实验前一定要用锁零单元进行锁零。 3. 比例积分(PI)环节 3.1 实验电路图中后一个单元为反相器，其中R0=200K。 3.2实验设备阶跃信号发生器(单位阶跃输入)，电路单元U6，U12，直流数字电压表(测输入电压)，“THBDC-1”软件 3.3实验数据及实验响应曲线 R1=100K，R2=100K，C=10uF ，R0=200K ，(K= R2/ R1=1,T=R1C=100K×10uF=1)时红色曲线为输入u i，蓝色曲线为输出u o。 4. 比例微分(PD)环节

现代控制理论实验

华北电力大学实验报告| | 实验名称状态空间模型分析课程名称现代控制理论 | | 专业班级：自动化1201 学生姓名：马铭远学号：2 成绩：指导教师：刘鑫屏实验日期：4月25日

状态空间模型分析一、实验目的 1.加强对现代控制理论相关知识的理解； 2.掌握用 matlab 进行系统李雅普诺夫稳定性分析、能控能观性分析；二、实验仪器与软件 1. MATLAB7.6 环境三、实验内容 1 、模型转换图 1、模型转换示意图及所用命令传递函数一般形式： MATLAB 表示为： G=tf(num,den)，，其中 num,den 分别是上式中分子，分母系数矩阵。零极点形式： MATLAB 表示为：G=zpk(Z,P,K) ，其中 Z，P ，K 分别表示上式中的零点矩阵，极点矩阵和增益。传递函数向状态空间转换：[A,B,C,D] = TF2SS(NUM,DEN)；状态空间转换向传递函数：[NUM,DEN] = SS2TF(A,B,C,D,iu)---iu 表示对系统的第 iu 个输入量求传递函数；对单输入 iu 为 1。

例1：已知系统的传递函数为G（S）= 2 2 3 24 11611 s s s s s ++ +++ ,利用matlab将传递函数和状态空间相互转换。解：1.传递函数转换为状态空间模型： NUM=[1 2 4];DEN=[1 11 6 11]; [A,B,C,D] = tf2ss(NUM,DEN) 2.状态空间模型转换为传递函数： A=[-11 -6 -11;1 0 0;0 1 0];B=[1;0;0];C=[1 2 4];D=[0];iu=1; [NUM,DEN] = ss2tf(A,B,C,D,iu); G=tf(NUM,DEN) 2 、状态方程状态解和输出解单位阶跃输入作用下的状态响应： G=ss(A,B,C,D);[y,t,x]=step(G);plot(t,x). 零输入响应 [y,t,x]=initial(G,x0)其中，x0 为状态初值。

自动控制原理实验1-6

实验一MATLAB 仿真基础一、实验目的：（1）熟悉MATLAB 实验环境，掌握MATLAB 命令窗口的基本操作。（2）掌握MATLAB 建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法。（3）掌握使用MATLAB 命令化简模型基本连接的方法。（4）学会使用Simulink 模型结构图化简复杂控制系统模型的方法。二、实验设备和仪器 1．计算机；2. MATLAB 软件三、实验原理函数tf ( ) 来建立控制系统的传递函数模型，用函数printsys ( ) 来输出控制系统的函数，用函数命令zpk ( ) 来建立系统的零极点增益模型，其函数调用格式为：sys = zpk ( z, p, k )零极点模型转换为多项式模型[num , den] = zp2tf ( z, p, k ) 多项式模型转化为零极点模型 [z , p , k] = tf2zp ( num, den ) 两个环节反馈连接后，其等效传递函数可用feedback ( ) 函数求得。则feedback （）函数调用格式为： sys = feedback （sys1, sys2, sign ）其中sign 是反馈极性，sign 缺省时，默认为负反馈，sign ＝-1；正反馈时，sign ＝1；单位反馈时，sys2＝1，且不能省略。四、实验内容： 1.已知系统传递函数，建立传递函数模型 2.已知系统传递函数，建立零极点增益模型 3．将多项式模型转化为零极点模型 1 2s 2s s 3s (s)23++++=G )12()1()76()2(5)(332 2++++++= s s s s s s s s G 12s 2s s 3s (s)23++++= G )12()1()76()2(5)(3322++++++=s s s s s s s s G

一阶二阶自控原理实验报告

成绩北京航空航天大学自动控制原理实验报告学院自动化科学与电气工程学院专业方向电气工程及其自动化班级120311 学号12031019 学生姓名毕森森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2014.10.28 实验编号29 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R 2= R 1 ，则K=1，T= R 2 C，取时间常数T分别为： 0.25、 0.5、1。 2．二阶系统: 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R 2C 1=1 ，R 3C 2 =1，则及ζ取不同的值ζ=0.25 , ζ=0.5 , ζ=1 四、实验设备 HHMN-1电子模拟机一台、PC 机一台、数字式万用表一块五、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。六、实验结果 1、一阶系统。

自动控制原理实验

自动控制原理实验实验报告实验三闭环电压控制系统研究

学号姓名时间2014年10月21日评定成绩审阅教师

实验三闭环电压控制系统研究一、实验目的：（1）通过实例展示，认识自动控制系统的组成、功能及自动控制原理课程所要解决的问题。（2）会正确实现闭环负反馈。（3）通过开、闭环实验数据说明闭环控制效果。二、预习与回答：（1）在实际控制系统调试时，如何正确实现负反馈闭环？答：负反馈闭环，不是单纯的加减问题，它是通过增量法实现的，具体如下： 1.系统开环； 2.输入一个增或减的变化量； 3.相应的，反馈变化量会有增减； 4.若增大，也增大，则需用减法器； 5.若增大，减小，则需用加法器，即。（2）你认为表格中加1KΩ载后，开环的电压值与闭环的电压值，哪个更接近2V？答：闭环更接近。因为在开环系统下出现扰动时，系统前部分不会产生变化。故而系统不具有调节能力，对扰动的反应很大，也就会与2V相去甚远。但在闭环系统下出现扰动时，由于有反馈的存在，扰动产生的影响会被反馈到输入端，系统就从输入部分产生了调整，经过调整后的电压值会与2V相差更小些。

因此，闭环的电压值更接近2V。（3）学自动控制原理课程，在控制系统设计中主要设计哪一部份？答：应当是系统的整体框架及误差调节部分。对于一个系统，功能部分是“被控对象” 部分，这部分可由对应专业设计，反馈部分大多是传感器，因此可由传感器的专业设计，而自控原理关注的是系统整体的稳定性，因此，控制系统设计中心就要集中在整个系统的协调和误差调节环节。二、实验原理：（1）利用各种实际物理装置（如电子装置、机械装置、化工装置等）在数学上的“相似性”，将各种实际物理装置从感兴趣的角度经过简化、并抽象成相同的数学形式。我们在设计控制系统时，不必研究每一种实际装置，而用几种“等价”的数学形式来表达、研究和设计。又由于人本身的自然属性，人对数学而言，不能直接感受它的自然物理属性，这给我们分析和设计带来了困难。所以，我们又用替代、模拟、仿真的形式把数学形式再变成“模拟实物”来研究。这样，就可以“秀才不出门，遍知天下事”。实际上，在后面的课程里，不同专业的学生将面对不同的实际物理对象，而“模拟实物”的实验方式可以做到举一反三，我们就是用下列“模拟实物”——电路系统，替代各种实际物理对象。（2）自动控制的根本是闭环，尽管有的系统不能直接感受到它的闭环形式，如步进电机控制，专家系统等，从大局看，还是闭环。闭环控制可以带来想象不到的好处，本实验就是用开环和闭环在负载扰动下的实验数据，说明闭环控制效果。自动控制系统性能的优劣，其原因之一就是取决调节器的结构和算法的设计（本课程主要用串

自控实验1

实验报告课程名称：___自动控制理论实验____________指导老师：_ 吴越__ _成绩：实验名称：典型环节的模拟电路实验类型：_ __________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得实验1 典型环节的模拟电路一. 实验目的 1.熟悉慢扫描示波器的性能和使用方法； 2.掌握典型环节的电模拟方法及其参数测试方法； 3.测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响。二，实验内容 1，了解双线示波器的使用方法和性能； 2，画出测试电路图及典型环节的模拟电路图； 3，观察并记录s 5.0/1s G =）（环节的动态波形，)1/(2s 1+=s G ）（和)15.0/(1s 2+=s G ）（；积分环节：s s G s s G 5.0/1)(2/1)(1==和比例积分环节s s G s S G 5.0/12)(2/11)(1+=+=和；观察并记录比例积分微分环节的动态波形。三，实验仪器设备 1.电子模拟实验装置一台 2.超低频慢扫描示波器一台 3.万用表一只四，实验原理本实验采用复合网络来模拟各种典型环节，即是设置运算放大器不同的输入网络和反馈网络来模拟各种典型环节,根据实域等效电路来求各典型环节的等效模拟电路电路。五，实验数据记录 1.(1))1/(2s 1+=s G ）（对应R3=1000K,R2=500K,C=1UF

阶跃脉冲为+4.5V输入时，稳定输出值为-9.0V，时间τ=2.0S (2),)1 =s G）（: 2+ s /( 5.0 1 R3=500k，R2=500K,C=1UF 输入阶跃脉冲为+4.5V时，稳定输出值为-4.5V，时间常数τ=1.0s

自动控制原理_实验2(1)

实验二线性系统时域响应分析一、实验目的 1．熟练掌握step( )函数和impulse( )函数的使用方法，研究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。 2．通过响应曲线观测特征参量ζ和n ω对二阶系统性能的影响。 3．熟练掌握系统的稳定性的判断方法。二、基础知识及MATLAB 函数（一）基础知识时域分析法直接在时间域中对系统进行分析，可以提供系统时间响应的全部信息，具有直观、准确的特点。为了研究控制系统的时域特性，经常采用瞬态响应（如阶跃响应、脉冲响应和斜坡响应）。本次实验从分析系统的性能指标出发，给出了在MATLAB 环境下获取系统时域响应和分析系统的动态性能和稳态性能的方法。用MATLAB 求系统的瞬态响应时，将传递函数的分子、分母多项式的系数分别以s 的降幂排列写为两个数组num 、den 。由于控制系统分子的阶次m 一般小于其分母的阶次n ，所以num 中的数组元素与分子多项式系数之间自右向左逐次对齐，不足部分用零补齐，缺项系数也用零补上。 1．用MATLAB 求控制系统的瞬态响应 1）阶跃响应求系统阶跃响应的指令有： step(num,den) 时间向量t 的范围由软件自动设定，阶跃响应曲线随即绘出 step(num,den,t) 时间向量t 的范围可以由人工给定（例如t=0:0.1:10） [y ，x]=step(num,den) 返回变量y 为输出向量，x 为状态向量在MATLAB 程序中，先定义num,den 数组，并调用上述指令，即可生成单位阶跃输入信号下的阶跃响应曲线图。考虑下列系统： 25 425)()(2++=s s s R s C 该系统可以表示为两个数组，每一个数组由相应的多项式系数组成，并且以s 的降幂排列。则MATLAB 的调用语句：

自控实验二

《自动控制理论》实验报告专业：电气工程及其自动化班号：1406111 学号：1140610217 姓名：田晨晨电气工程及其自动化实验中心二零一六年十一月二十四日

实验五线性系统的时域分析一、实验目的 1、学会使用MATLAB 绘制控制系统的单位阶跃响应曲线； 2、研究二阶控制系统中、对系统阶跃响应的影响 3、掌握系统动态性能指标的获得方法及参数对系统动态性能的影响。二、实验设备 Pc 机一台，MATLAB 软件。三、实验内容 1、已知二阶单位反馈闭环传递函数系统：求：（1）当及时系统单位阶跃响应的曲线。（2）从图中求出系统的动态指标: 超调量M p 、上升时间t p 及过渡过程调节时间t s 。（3）分析二阶系统中、的值变化对系统阶跃响应曲线的影响。 4.0=n ω,3 5.0=ξ，P M =0.31，s t =27.5S,p t =3.48S 4.0=n ω,5.0=ξ， P M =0.16，s t =20.2S,p t =4.1S ξ越大，超调量越小，调节时间越短，上升时间越长

2.0=n ω,35.0=ξ，P M =0.31，s t =54.9S,p t =6.95S 6.0=n ω,35.0=ξ，P M =0.31，s t =18.3S,p t =2.33S n ω越大，上升时间越小，调节时间越小，超调量不变 2、已知三阶系统单位反馈闭环传递函数为求：（1）求取系统闭环极点及其单位阶跃响应，读取动态性能指标。闭环极点：1234,1,1S S i S i =-=-+=-- 1.03, 3.64,0.27p s P t S t S M === 改变系统闭环极点的位置

现代控制理论实验指导书

实验1 用MATLAB 分析状态空间模型 1、实验设备 PC 计算机1台，MATLAB 软件1套。 2、实验目的 ① 学习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，掌握系统状态空间表达式与传递函数相互转换方法。 3、实验原理说明参考教材P56~59“2.7 用MA TLAB 分析状态空间模型” 4、实验步骤 ① 根据所给系统的传递函数或A 、B 、C 矩阵，依据系统的传递函数阵和状态空间表达式之间的关系式，采用MATLAB 编程。 ② 在MA TLAB 界面下调试程序，并检查是否运行正确。题1.1 已知SISO 系统的传递函数为 243258()2639 s s g s s s s s ++=++++ （1）将其输入到MATLAB 工作空间；（2）获得系统的状态空间模型。题1.2 已知SISO 系统的状态空间表达式为 112233010100134326x x x x u x x ????????????????=+????????????????----????????，[]123100x y x x ????=?????? （1）将其输入到MATLAB 工作空间；（2）求系统的传递函数。实验2 利用MATLAB 求解系统的状态方程 1、实验设备 PC 计算机1台，MATLAB 软件1套。 2、实验目的 ① 学习系统齐次、非齐次状态方程求解的方法，计算矩阵指数，求状态响应； ② 通过编程、上机调试，掌握求解系统状态方程的方法，学会绘制状态响应曲线； ③ 掌握利用MATLAB 导出连续状态空间模型的离散化模型的方法。 3、实验原理说明参考教材P99~101“3.8 利用MATLAB 求解系统的状态方程” 4、实验步骤（1）根据所给系统的状态方程，依据系统状态方程的解的表达式，采用MA TLAB 编程。（2）在MATLAB 界面下调试程序，并检查是否运行正确。题2.1 已知SISO 系统的状态方程为

自动控制实验报告.

计算机控制原理实验报告姓名：房甜甜学号：130104010072 班级：计算机三班指导教师：胡玉琦完成时间：2015年10月11日

实验一二阶系统闭环参数n ω和ξ对时域响应的影响一、实验目的 1.研究二阶系统闭环参数 n ω和ξ对时域响应的影响 2.研究二阶系统不同阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。二、实验要求 1. 从help 菜单或其它方式，理解程序的每个语句和函数的含义； 2.分析ξ对时域响应的影响，观察典型二阶系统阻尼系数ξ在一般工程系统中的选择范围；三、实验内容 1、如图1所示的典型二阶系统，其开环传递函数为) 2s(s G(S)2n n ξωω+=，其中，无阻尼自然震荡角频率n ω=1，ξ为阻尼比，试绘制ξ分别为0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.9, 1.2, 1.5时，其单位负反馈系统的单位阶跃响应曲线（绘制在同一张图上）。图1 典型二阶系统方框图 2、程序代码 wn=1; sigma=[0,0.2,0.4,0.6,0.9,1.2,1.5];(1) num=wn*wn; t=linspace(0,20,200)';(2) for j=1:7(3) den=conv([1,0],[1,2*wn*sigma(j)]);(4) s1=tf(num,den);(5) sys=feedback(s1,1)(6); y(:,j)=step(sys,t);(7) end plot(t,y(:,1:7));(8) grid;(9) gtext('sigma=0');(10) gtext('sigma=0.2'); gtext('sigma=0.4'); ) 2s(s 2 n n ξωω+ R(s) C(s)

自动控制实验二

实验二控制系统的根轨迹绘制与性能分析一、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、利用根轨迹进行系统分析。二、实验设备 PC 机，MATLAB 仿真软件。三、实验内容 1、作系统)2)(1()(01++= s s s k s G g 的根轨迹图，记录并观察曲线，依此分析系统的性能。 2、作系统)164)(1() 1()(202++-+=s s s s s k s G g 的根轨迹图，记录并观察曲线，依此分析系统的性能。 3、作系统)2()3()(03++= s s s k s G g 的根轨迹图，记录并观察曲线，依此分析系统的性能。四、实验步骤给定如下系统的开环传递函数，作出它们的根轨迹图，并完成给定要求。 1． )2)(1()(01++=s s s k s G g 解：程序如下 clc clear close all k=1; z=[]; p=[0,-1,-2]; [num,den]=zp2tf(z,p,k) printsys(num,den) figure(1) rlocus(num,den) title('rlocus(num,den)') 根轨迹图如下所示

图2.1 (a ）根轨迹的条数有3条。红色一条的起点为-2，终点为无穷；绿色一条的起点为-1，终点为无穷；蓝色一条的起点为0，中点为无穷。 (b)根轨迹的分离点为（-0.423，0）；相应的根轨迹增益为0.385。 (c)临界稳定时的根轨迹增益为6.0。 2． )164)(1() 1()(202++-+=s s s s s k s G g 解：程序如下： clc clear close all k=1; num=[1,1]; den=[1,3,12,-16,0]; printsys(num,den) figure(1) rlocus(num,den) title('rlocus(num,den)')

控制理论实验在线作业

您的本次作业分数为：97分单选题 1.下列不属于测试控制系统频率特性的方法的是： ? A 劳斯判据 ? B 输人输出曲线直接记录法 ? C 李沙育图形法 ? D 补偿法单选题 2.不属于非线性特性的是： ? A 齐次性 ? B 饱和特性 ? C 继电器特性 ? D 死区特性单选题 3.1惯性环节2积分环节3比例积分环节4比例积分微分环节, 其中属于典型环节的是: ? A 13

? B 234 ? C 123 ? D 1234 单选题 4.伺服电机由于要克服摩擦和负载转矩，需要有一定的启动电压，这反映了电机的: ? A 齐次性 ? B 饱和特性 ? C 继电器特性 ? D 死区特性单选题 5.理想运算放大器的满足条件不包括： ? A 放大倍数为无限大 ? B 开环输入阻抗为0，输出阻抗无限大 ? C 通频带无限大 ? D 输入输出呈线性特性

单选题 6.控制系统性能分析，一般不包括： ? A 快速性 ? B 准确性 ? C 稳定性 ? D 可实现性单选题 7.利用matlab进行控制系统实验属于： ? A 物理仿真 ? B 半物理仿真 ? C 数字仿真 ? D 实物验证判断题 8.峰值时间对于过阻尼系统它是响应从终值的10％上升到90％所需要的时间。 ?正确错误

判断题 9.一般而言，只要在阶跃信号输入下系统的时域响应能符合设计要求，则在其它任何信号输入下，系统的动态性能指标能满足要求。 ?正确错误判断题 10.输入信号为单位冲激函数时，求出系统的输出响应，称为单位阶跃响应。 ?正确错误判断题 11.超调量是指响应曲线超过阶跃输入的最大偏离量。 ?正确错误判断题 12.功率放大器提供足够的电流供直流力矩电机使用，为了隔离功率放大器与力矩电机，放大器要求具有较低的输出阻抗和较高的输入阻抗。

自控实验报告-系统校正

西安邮电学院自动控制原理实验报告

实验三系统校正一，实验目的 1.了解和掌握系统校正的一般方法。 2.熟悉掌握典型校正环节的模拟电路构成方法。二．实验原理及电路 1.未校正系统的结构方框图图1 2.校正前系统的参考模拟方框图图2 3.校正后系统的结构方框图

图3 4.校正后系统的模拟电路图图4 三．实验内容及步骤 1.测量未校正系统的性能指标（1）按图2接线（2）加入阶跃电压观察阶跃响应曲线，并测出超调量和调节时间，并将曲线和参数记录出来。 2.测量校正系统的性能指标（1）按图4接线

（2）加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量以及调节时间。四．实验结果未校正系统理论值σ% = 60.4% t s = 3.5s 测量值σ% = 60% t s = 2.8s 校正后系统理论值σ% = 16.3% t s = 0.35s 测量值σ% = 5% t s = 0.42s

五．心得体会在课本的第六章，我们学习了线性系统的校正方法，包括串联校正、反馈校正以及复合校正等矫正方法，相对于之前学习的内容，理解起来相对难一些，做起实验来也不容易上手。试验期间，遇到了很多难题，反复调整修改甚至把连接好的电路全都拆了重连，最后终于完成了实验。相对于之前的几次试验，这次实验师最让人头疼的，幸好之前积累了些经验，才使得我们这次实验的时候不至于手忙脚乱，但是也并不轻松。虽然遇到的困难很多，但是我们却收获的更多，线性系统的校正是自动控制原理中重要的部分，通过理论课的学习，再加上实验课的实践，我终于对这些内容有个系统的理解。

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 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 0.25MΩ0.5M Ω1MΩ 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 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。二阶系统图1.1 图1.2 图1.3

系统传递函数：令二阶系统模拟线路 0.25 0.50 1.00 R4 210.5 C2 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。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。图2.2 图2.1 图2.3

自控实验1

现代控制理论实验报告

自控实验4

自动控制根轨迹实验(二)

自动控制原理学生实验：二阶开环系统的频率特性曲线

自动控制理论实验

经典自控实验报告

现代控制理论实验

自动控制原理实验1-6

一阶二阶自控原理实验报告

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自控实验二

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