自动控制原理实验指导书(1).(DOC)
自动控制原理实验指导书
罗雪莲编著
目录
实验一典型环节的模拟研究 2 实验二典型系统瞬态响应和稳定性 6 实验三控制系统的频率特性10 实验四线性连续系统校正13 实验五采样系统分析16 附: 实验系统介绍20
实验一典型环节模拟研究
本实验为验证性实验。
一、实验目的
1、学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性影响。
2、熟悉各种典型环节的阶跃响应。
3、学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。
二、实验设备
PC机一台，TDN-AC系列教学实验系统。
三．实验原理及电路
下面列出了各典型环节的方框图、传递函数、模拟电路图、阶跃响应，实验前应熟悉了解。1
四、实验内容及步骤
1、观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线。
（1）实验接线
①准备：使运放处于工作状态。
将信号源单元（U1 SG）的ST端（插针）与+5V端（插针）用“短路块”短接，使模拟电路中的场效应管（3DJ6）夹断，这时运放处于工作状态
②阶跃信号的产生；
电路可采用图1-1所示电路，它由“单脉冲单元”（U13 SP）及“电位器单元”（U14 P）组成。
具体线路形成：在U13 SP单元中，将H1与+5V 插针用“短路块”短接，H2 插针用排线接至U14 P单元的X插针；在U14 P 单元中，将Z插针和GND插针用“短路块”短接，最后由插座的Y端输出信号。
以后实现再用到阶跃信号时，方法同上，不再累赘。
错误!
（2）实验操作
①. 按2中的各典型环节的模拟电路图将线接好（先按比例）。（PID先不接）
②. 将模拟电路输入端（Ui）与阶跃信号的输出端Y相联接；模拟电路的输出端（U0）接至示波器。
③. 按下按钮（或松平按扭）H 时，用示波器观测输出端U0(t)的实际响应曲线，且将结果记下。改变比例参数，重新观测结果。
④. 同理得出积分、比例积分、比例微分和惯性环节的实际响应曲线，它们的理想曲线和实际响应曲线见表1-1。
2、观察PID环节的响应曲线。
①. 此时U i采用U1 SG单元的周期性方波信号（U1单元的ST 的插针改为与S 插针用“短路块”短接，S11波段开关置与“阶跃信号”档，“OUT”端的输出电压即为阶跃信号电压，信号周期由波段开关S12与电位器W11调节，信号幅值由电位器W12调节。以信号幅值小、信号周期较长比较适宜）。
②. 参照2中的PID模拟电路图，将PID环节搭接好。
③. 将 中产生的周期性方波加到PID环节的输入端（U i），用示波器观测PID的输出端（U0），改变电路参数，重新观察并记录。
实验二 典型系统瞬态响应和稳定性
本实验为验证性实验。
一、实验目的
1、熟悉有关二阶系统的特性和模拟仿真方法。
2、研究二阶系统的两个重要参数阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn 对过渡过程的影响。
3、研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。
4、熟悉劳斯判据，用劳斯判据对三阶系统进行稳定性分析。
二、实验设备
PC 机一台，TDN-AC 系列教学实验系统。
三．实验原理及电路
1、典型二阶系统
①典型二阶系统的方块图及传递函数
图2-1是典型二阶系统原理方块图，其中T0=1s ，T1=0.1s ，K1分别为10、5、2、1。
错误!
开环函数：)
11.0()1()(1+=
+=
S S K
S T S K S G 开环增益：K=K 1/T 0=K 1
闭环函数：2
222)(n
n n
S S S ωξωωφ++= 其中011T T K n =
ω，1
10
21
T K T =ξ
②模拟电路图：见图2-2
图2-2
)
11.0(100)1()(11+=
+=
S S R
S T S K S G 2．典型三阶系统
①典型三阶系统的方块图：见图2-3
图 2-3 开环传递函数为：)
1)(1()()(21++=S T S T S K
S H S G
其中，K=K 1K 2/T 0(开环增益) ②模拟电路图：见图2-4
图2-4
开环传递函数为：)
15.0)(11.0()()(++=
S S S K
S H S G （其中K=500/R ）
系统的特征方程为1+G(S)H(S)=0
即S 3+12S 2+20S+20K=0
由Routh 判据得： 0
K>12，即R<41.7 K Ω 系统不稳定
四、实验内容和步骤
1．准备：将“信号源单元”（U1 SG ）的ST 插针和+5V 插针用“短路块”短接，使运算放大器反馈网络上的场效应管3DJ6夹断。
2．阶跃信号的产生：见实验一中的阶跃信号的产生。将阶跃信号加至输入端，调节单次阶跃单元中的电位器，按动按钮，用示波器观察阶跃信号，使其幅值为3V 。
3．典型二阶系统瞬态性能指标的测试 ①按图2-2接线，R=10K 。
②用示波器观察系统阶跃响应C （t ），测量并记录超调量δ%，峰值时间和调节时间。记录表1中。
③分别按R=20K;40K;100K 改变系统开环增益，观察相应的阶跃响应C(t)，测量并记录性能指标δ(%)、t p 和t S ，及系统的稳定性。并记录测量值和计算值（实验前必须按公式计算出）进行比较。并将实验结果填入表1中。
①按图2-4接线，将阶跃信号接至输入端，将阶跃信号的幅值调为1V ，取R=25K 。 ②观察系统阶跃响应，并记录波形。
③减小开环增益（R=41.7K;100K），观察系统阶跃响应。并将实验结果填入表2中。
实验三 控制系统的频率特性
本实验为综合性实验
一、实验目的
1、加深了解系统及元件频率特性的物理概念。
2、掌握系统及元件频率特性的测量方法。
3、学习根据频率特性的实验曲线求取传递函数的方法。
二、实验设备
PC 机一台，TDN-AC 系列教学实验系统。
三．实验原理及电路
1、被测系统的方块图及原理：见图
3-1
图3-1 被测系统方块图
系统或环节的频率特性是一个复变量，可以表示成以角频率ω为参数的幅值和相角：
G （j ω）=│G （j ω）│∠G （j ω） (3-1)
本实验应用频率特性测试仪测量系统或环节的频率特性。 图3-1 所示系统的开环频率特性为：
)
()
()()()()()()()(21ωωωωωωωωωj E j B j E j B j E j B j H j G j G ∠
==
(3-2) 采用对数幅频率特性和相频特性表示，则式（3-2）表示为
)
(lg 20)(lg 20)()
(lg 20)()()(lg 2021ωωωωωωωj E j B j E j B j H j G j G -== (3-3)
)()()
()
()()()(21ωωωωωωωj E j B j E j B j H j G j G ∠-∠=∠
=∠ (3-4)
将频率特性测试仪内信号发生器产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化，并施加于被测系统的输入端[r(t)]，然后分别测量相应的反馈信号[b(t)]和误差信号[e(t)]的对数幅值和相位。频率特性测试仪测试数据经相关器运算后在显示器中显示。
根据式（3-3）和（3-4）式分别计算出各个频率下的开环对数幅值和相位，在半对数坐标纸
上作出实验曲线；开环对数幅频曲线和相频曲线。
根据实验开环对数幅频曲线画出开环对数幅频曲线的渐近线，再根据渐近线的斜率和转角频率确定频率特性（或传递函数）。所确定的频率特性（或传递函数）的正确性可以由测量的相频曲线来检验，对最小相位系统而言，实际测量所得的相频曲线必须与确定的频率特性（或传递函数）所画出的理论相频曲线在一定程度上相符。如果测量所得的相位在高频（相对转角频率）时不等于-900（n-m ）[式中n 和m 分别表示传递函数分子和分母的阶次]，那么，频率特性（或传递函数）必定是一个非最小相位系统的频率特性。
2．被测系统的模拟电路图：见图3-2
图3-2 被测系统模拟电路图
注意：所测量点-C(t)、-e （t ）由于倒相器的作用，输出均为负值，若要测其正的输出点，可分别在-C(t)、-e （t ）之后串接一组1/1的比例环节，比例环节输出即为c （t ）、e （t ）的正输出。
开环传递函数为：)101.0(25.01
)(+=
S S S G
闭环传递函数为：400
100400
)(2
++=
S S S φ 得转折频率为：ωn=20 rad/s ，阻尼比ξ=2.5。
四、实验内容及步骤
在此实验中，我们利用系统中的U10 DAC 单元将提供频率和幅值均可调的基准正弦信号源，作为被测对象的输入信号，而系统中测量单元的CH1通道用来观测被测环节的输出，选择不同角频率及幅值的正弦信号源作为对象的输入，可测量相应的环节输出，并在屏幕上显示，我们可以根据所测量的数据正确描述对象的幅频和相频特性图。具体实验步骤如下：
1、将U10 DAC 单元的OUT 端接到对象的输入端。
2、将测量单元的CH1（必须拨为乘1档）接至对象的输出端。
3、将U1 SG 单元的ST 和S 端断开，用排线将ST 端接至8088CPU 单元中的PB10（由于在每次测量前，应对对象进行一次回零操作，ST 即为对象锁零控制端，在这里，我们用8255的PB10口对ST 进行程序控制）
4、在PC 机上输入相应的角频率，并使用“+”“-”键选择合适的幅值(4V)，按键ENTER 后，输入的角频率开始闪烁，直到测量完毕时停止，屏幕即显示所测对象的输出及信号源，移
动游标可得相应的幅值和相位。
5、如需重新测试，则按“N”键，系统会清除当前的测试结果，并等待输入新的角频率，准备开始进行下次测试。
6、根据测得在不同频率和幅值的信号源作用下系统误差e(t)及反馈c(t)的幅值、相对于信号源的相角差，用户可自行计算并画出闭环系统的开环幅值和相频曲线。
五、实验数据处理及被测系统的开环对数幅频曲线和相频曲线
此它适用于线性定常系统，所以必须用示波器观察系统各环节波形，避免系统进入非线性状态。
根据表3-1的实验测量得的数据，画出开环对数幅频线和相频线，并与理论分析相比较。
根据曲线，求出系统的传递函数。
实验四线性连续系统校正
本实验为设计性实验。
一、实验目的
1、掌握系统校正的方法，重点了解串联校正；
2、根据期望的时域性能指标推导出二阶系统的串联校正环节的传递函数。
二、实验设备
PC机一台，TDN-AC系列教学实验系统。
三．实验原理及电路
1．原系统的结构图、模拟电路图及性能指标
图4-1 未校正系统的方块图
②模拟电路图
图4-2 未校正系统的电路图
③未校正系统的性能指标
系统闭环传递函数为：40
240
)(2++=
S S S φ
系统的结构参数为：ωn=6.32，ξ=0.158
系统的性能指标为：σ%=60%，t s =4s ，静态误差系数Kv=20 l/s 2．期望校正后系统的性能指标
要求设计采用串联校正装置，使系统满足下述性能指标： Mp ≤25%，ts ≤1s ，静态误差系数Kv ≥20 l/s
3．串联校正环节传递函数，校正后系统结构图及模拟电路图 ①校正环节传递函数
由理论推导（可参照有关自控原理书）得，校正网络的传递函数为： 1
05.01
5.0)(++=
S S S G C
②校正后系统结构图
所以校正后系统结构图如图4-3所示：
图4-3 校正后系统的结构图
③校正后系统的模拟电路图：见图4-4
图4-4校正后系统模拟电路图
四、实验内容及步骤
1．准备：将信号源单元（U1 SG）的ST插针和+5V插针用“短路块”短接。
2．实验步骤
（1）测量未校正系统的性能指标。
①按图4-2接线。将阶跃信号加至输入端，调节单次阶跃单元中的电位器，按动按钮，用示波器观察阶跃信号，使其幅值为2V。
②按动按钮，观察阶跃响应曲线，并测量超调量σ%和调节时间t S，将曲线及参数记录下来。
（2）测量校正系统的性能指标
①按图4-4接线。将阶跃信号加至输入端。
②按动按钮，用示波器测量输入端及输出端，观察阶跃响应曲线，并测出超调量以及调节时间。看是否达到期望值，若未达到，请仔细检查接线（包括容阻值）。
五、实验现象分析
列出未校正和校正后系统的动态性能指标响应曲线如表4-1。
表4-1
实验五采样系统分析
本实验为综合性实验
一、实验目的
1、掌握香农定理，了解信号的采样与采样周期的关系。
2、掌握采样周期对采样系统的稳定性影响。
二、实验设备
PC机一台，TDN-AC系列教学实验系统。
三．实验原理及电路
本实验采用“采样—保持器”LF398芯片，它具有将连续信号离散后以零阶保持器输出信号功能。其管脚连接如图5-1所示，采样周期T等于输入至LF398第8脚（PU）的脉冲周期，此脉冲由多谐振荡器（用组件MC1555或MC1455及组容元件构成）发生的方波经单稳态电路（用组件MC14538及组容元件构成）产生，改变多谐振荡器的周期，即改变采样周期。
图5-1 LF398连接图
图5-2是LF398采样——保持器功能的原理方块图。
图5-2 LF398功能图
1、信号的采样保持
信号的采样保持电路如图5-3所示。
图5-3 采样保持电路
连续信号x（t）经采样器采样后变为离散信号x*（t）。香农采样定理指出，离散信号x*（t）可以完满地复原为连续信号的条件为：
ωS≥2ωmax （5-1）
式中ωS为采样角频率，ωS=2π/T（T为采样周期）；
ωmax为连续信号x（t）的幅频谱?x（jω）?的上限频率。
式（5-1）也可表示为
T≤π/ωmax （5-2）
若连续信号x（t）是角频率ωS=2π*25的正弦波，它经采样后变为x*（t），则x*（t）经保持器能复原为连续信号的条件是采样周期T≤π/ωS，[正弦波ωmax=ωS=50π]，所以
T≤π/50π=1/50=20ms 。
2、闭环采样控制系统
①结构图
闭环采样控制系统结构图如图5-4所示。
图5-4 闭环采样系统
②模拟电路图
图5-5是它的实验电路图。
图5-5 闭环采样系统电路
图5-4所示闭环采样系统的开环脉冲传递函数为：
)
)(1()]21()12[(5.12)15.0(1)1(25)15.0()1(252222212T T
T T TS e z z Te e z e T S S Z z S S e Z ----------++-=
??????+-=??
????+- (5-3)
闭环脉冲传递函数为：
)
255.115.12()5.115.1325()]
21()12[(5.12)()(2222
22T
T T T T T Te e z e T z Te e z e T Z R Z C --------++-+--++-= (5-4) 闭环采样系统的特征方程式：
0)255.115.12()5.115.1325(2222=--++-+---T T T Te e z e T z (5-5)
从式（5-5）知道，特征方程式的根与采样周期T 有关，若特征根的模均小于1则系统稳定，若有一个特征根的模大于1，则系统不稳定，因此系统的稳定性与采样周期的大小有关。
四、实验内容及步骤
1．准备：将信号源单元（U1 SG ）的ST 插针和+5V 插针用“短路块“短接 2．信号的采样保持与采样周期的关系实验步骤： ①按图5-3接线。
②将正弦波单元U15 SIN 单元的正弦信号（将频率调为25Hz ）接至LF398的输入端“IN ”。 ③将信号源单元的开关S 12置于“2-60ms ”档，调节电位器W12使采样周期T=5ms 。 ④用示波器同时观测LF398的输出波形和输入波形。此时输出波形和输入波形一致。
⑤改变采样周期，直至20ms，观测输出波形。此时输出波形仍为输入波形的采样波形，还未失真，但当T>20ms时，没有输出波形，即系统采样失真，从而验证了香农定理。
3.采样系统的稳定性及瞬态响应实验步骤
①按图5-5接线。检查无误后开启设备电源.
②取T=5ms
③加阶跃信号r（t），观察并记录系统的输出波形C（t），测量超调量σ%。
④将信号源单元的开关S12置于2-600ms档，调节电位器W11使采样周期T=30ms，系统加入阶跃信号，观察并纪录系统输出波形，测出超调量σ%。
⑤调节电位器W11使采样周期T=150ms，观察并记录系统的输出波形。
⑥将实验结果填入表5-1：
表5-1
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。
实验指导书
苯甲酸红外光谱的测绘—溴化钾压片法制样 一、实验目的 1、了解红外光谱仪的基本组成和工作原理。 2、熟悉红外光谱仪的主要应用领域。 3、掌握红外光谱分析时粉末样品的制备及红外透射光谱测试方法。 4、熟悉化合物不同基团的红外吸收频率范围．学会用标准数据库进行图谱检索 及化合物结构鉴定的基本方法。 二、实验原理 红外光谱分析是研究分子振动和转动信息的分子光谱。当化合物受到红外光照射，化合物中某个化学键的振动或转动频率与红外光频率相当时，就会吸收光能，并引起分子永久偶极矩的变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应频率的透射光强度减弱。分子中不同的化学键振动频率不同，会吸收不同频率的红外光，检测并记录透过光强度与波数(1/cm)或波长的关系曲线，就可得到红外光谱。红外光谱反映了分子化学键的特征吸收频率，可用于化合物的结构分析和定量测定。 根据实验技术和应用的不同，我们将红外光划分为三个区域：近红外区(0.75~2.5μm；13158~40001/cm)，中红外区(2.5~25μm；4000~4001/cm)和远红外区(25~1000μm；400~101/cm)。分子振动伴随转动大多在中红外区，一般的红外光谱都在此波数区间进行检测。 傅立叶变换红外光谱仪主要由红外光源、迈克尔逊干涉仪、检测器、计算机和记录系统五部分组成。红外光经迈克尔逊干涉仪照射样品后，再经检测器将检测到的信号以干涉图的形式送往计算机，进行傅立叶变换的数学处理，最后得到红外光谱图。
傅立叶变换红外光谱法具有灵敏度高、波数准确、重复性好的优点，可以广泛应用于有机化学、金属有机化学、高分子化学、催化、材料科学、生物学、物理、环境科学、煤结构研究、橡胶工业、石油工业（石油勘探、润滑油、石油分析等）、矿物鉴定、商检、质检、海关、汽车、珠宝、国防科学、农业、食品、生物医学、生物化学、药学、无机和配位化学基础研究、半导体材料、法庭科学（司法鉴定、物证检验等）、气象科学、染织工业、日用化工、原子能科学技术、产品质量监控（远距离光信号光谱测量：实时监控、遥感监测等）等众多方面。 三、仪器和试剂 1、Nicolet 5700 FT-IR红外光谱仪（美国尼高力公司） 2、压片机（日本岛津公司） 3、压片模具（日本岛津公司） 4、玛瑙研钵（日本岛津公司） 5、KBr粉末（光谱纯，美国尼高力公司） 6、苯甲酸（分析纯） 四、实验步骤 1、样品的制备（溴化钾压片法）
《自动控制原理》
《自动控制原理》 实验报告 姓名： 学号： 专业： 班级： 时段： 成绩： 工学院自动化系
实验一 典型环节的 MATLAB仿真 一、实验目的 1．熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。 2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。 3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验原理 1．比例环节的传递函数为 K R K R R R Z Z s G200 , 100 2 ) ( 2 1 1 2 1 2= = - = - = - = 其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-3所示。 三、实验内容 按下列各典型环节的传递函数，建立相应的SIMULINK仿真模型，观察并记录其单位阶跃响应波形。 ①比例环节1 ) ( 1 = s G和2 ) ( 1 = s G； ②惯性环节 1 1 ) ( 1+ = s s G和 1 5.0 1 ) ( 2+ = s s G ③积分环节 s s G1 ) ( 1 = ④微分环节s s G= ) ( 1 ⑤比例+微分环节（PD）2 ) ( 1 + =s s G和1 ) ( 2 + =s s G ⑥比例+积分环节（PI） s s G1 1 ) ( 1 + =和s s G21 1 ) ( 2 + = 四、实验结果及分析 图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK图形
① 仿真模型及波形图1)(1=s G 和2)(1=s G ② 仿真模型及波形图11)(1+= s s G 和1 5.01)(2+=s s G 11)(1+= s s G 1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节
自动控制原理实验报告
自动控制原理 实验报告 姓名学号 时间地点实验楼B 院系专业 实验一系统的数学模 实验二控制系统的时域分析 实验三控制系统的频域分析
实验一系统的数学模 一、实验目的和任务 1、学会使用MATLAB的命令； 2、掌握MATLAB有关传递函数求取及其零、极点计算的函数。 3、掌握用MATLAB 求取系统的数学模型 二、实验仪器、设备及材料 1、计算机 2、MATLAB软件 三、实验原理 1、MATLAB软件的使用 2、使用MATLAB软件在计算机上求取系统的传递函数 四、实验内容 1、特征多项式的建立与特征根的求取 在命令窗口依次运行下面命令，并记录各命令运行后结果 >>p=[1,3,0,4]; p = 1 3 0 4 >>r=roots(p) r = -3.3553 + 0.0000i 0.1777 + 1.0773i 0.1777 - 1.0773i >>p=poly(r) p = 1.0000 3.0000 -0.0000 4.0000 2、求单位反馈系统的传递函数： 在命令窗口依次运行下面命令，并记录各命令运行后结果 >>numg=[1];deng=[500,0,0]; >>numc=[1,1];denc=[1,2]; >>[num1,den1]=series(numg,deng,numc,denc); >>[num,den]=cloop(num1,den1,-1) num = 0 0 1 1
den = 500 1000 1 1 >>printsys(num,den) num/den = s + 1 --------------------------- 500 s^3 + 1000 s^2 + s + 1 3、传递函数零、极点的求取 在命令窗口依次运行下面命令，并记录各命令运行后结果>>num1=[6,0,1];den1=[1,3,3,1]; >>z=roots(num1) ; >>p=roots(den1) ; >>n1=[1,1];n2=[1,2];d1=[1,2*i];d2=[1,-2*i];d3=[1,3]; >>num2=conv(n1,n2) num2 = 1 3 2 >>den2=conv(d1,conv(d2,d3)) den2 = 1 3 4 12 >>printsys(num2,den2) s^2 + 3 s + 2 ---------------------- s^3 + 3 s^2 + 4 s + 12 >>num=conv(num1,den2);den=conv(den1,num2); >>printsys(num,den) 6 s^5 + 18 s^4 + 25 s^3 + 75 s^2 + 4 s + 12 ------------------------------------------- s^5 + 6 s^4 + 14 s^3 + 16 s^2 + 9 s + 2 >>pzmap(num,den),title(‘极点－零点图’)
自动控制原理课程实验
上海电力学院实验报告 自动控制原理实验课程 题目：2.1.1(2.1.6课外)、2.1.4（2.1.5课内）班级：gagagagg 姓名：lalalal 学号：hahahahah 时间：zzzzzzzzzzz
实验内容一： 一、问题描述： 已知系统结构图，（1）用matlab编程计算系统的闭环传递函数；（2）用matlab转换函数表示系统状态空间模型；（3）计算其特征根。 二、理论方法分析 （1）根据系统结构图的串并联关系以及反馈关系，分别利用tf （）函数series（）函数，parallel函数以及feedback函数构建系统传递函数；（2）已求出系统传递函数G，对于线性定常系统利用函数ss（G）课得到系统的状态空间模型。（3）利用线性定常系统模型数据还原函数[num，den]=tfdata（G，‘v’）可得到系统传递函数的分子多项式num与分母多项式den，利用roots（den）函数可得到系统的特征根。 三、实验设计与实现 新建M文件，编程程序如下文所示： G1=tf([0.2],[1,1,1]); G2=tf([0.3],[1,1]); G3=tf([0.14],[2,1]); G4=series(G2,G3);%G2与G3串联 G5=0.7*feedback(G4,-1,1); G6=0.4*feedback(G1,G5,1); G7=feedback(G6,0.6)
ss(G7)%将系统传递函数转化为状态空间模型 [num den]=tfdata(G7,'v');%还原系统传递函数分子、分母系数矩阵 roots(den)%求系统传递函数特征根 点击Run运行 四、实验结果与分析 M文件如下： 运行结果如下：
智能仪器实验指导书.doc
《智能仪器》实验指导书 适用专业：电子信息专业 说明：实验课时数为8节课，可从以下实验中自行选取8学时进行实验 实验一模拟信号调理实验(有源滤波器的设计) 一、实验目的 1. 熟悉运算放大器和电阻电容构成的有源波器。 2. 掌握有源滤波器的调试。 二、实验学时 课内：2学时课外：2学时 三、预习要求 1. 预习有源低通、高通和带通滤波器的工作原理 2. 已知上限截止频率fH=480Hz，电容C=0.01uF,试计算图1所示电路形式的巴特沃斯二阶低通滤波器的电阻参数，运放采用OP-07。 3. 将图2中的电容C改为0.033uF,此时图2所示高通滤波器的下限截止频率fL=?。 四、实验原理及参考电路 在实际的电子系统中输入信号往往包含有一些不需要的信号成份,必须设法将它衰减到足够小的程度,或者把有用信号挑选出来。为此,可采用滤波器。 考虑到高于二阶的滤波器都可以由一阶和二阶有源滤波器构成，下面重点研究二阶有源滤波器。 1．二阶有源低通滤波器
二阶有源低通滤波器电路如图1所示。可以证明其幅频响应表达式为 图1 二阶有源低通滤波器图2 二阶有源高通滤波器 式中： 上限截止频率 当Q=0.707时，这种滤波器称为巴特沃斯滤波器。 2. 二阶有源高通滤波器 如果将图1中的R和C的位置互换，则可得二阶高通滤波器电路，如图2所示。令 和 可得其幅频响应表达式为
其下限截止频率 五、实验内容 1. 已知截止频率fH=200Hz，试选择和计算图1所示电路形式的巴特沃斯二阶低通滤波器的参数。运算放大器用OP-07。 2. 按图1接线，测试二阶低通滤波器的幅频响应。测试结果记入表1中。 表1 Vi=0.1V(有效值)的正弦信号 3. 按图2接线，测试二阶高通滤波器的幅频响应。测试结果记入表2中。 表2 Vi=0.1V(有效值)的正弦信号 4. 将图2中的电容C改为0.033uF，同时将1的输出与图2的输入端相连，测试它们串联起来的幅频响应。测试结果记入表3中。 表3 Vi=0.1V(有效值)的正弦信号 六、实验报告要求
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
自动控制原理课程设计实验
上海电力学院 自动控制原理实践报告 课名：自动控制原理应用实践 题目：水翼船渡轮的纵倾角控制 船舶航向的自动操舵控制 班级： 姓名： 学号：
水翼船渡轮的纵倾角控制 一．系统背景简介 水翼船(Hydrofoil)是一种高速船。船身底部有支架，装上水翼。当船的速度逐渐增加，水翼提供的浮力会把船身抬离水面(称为水翼飞航或水翼航行，Foilborne)，从而大为减少水的阻力和增加航行速度。 水翼船的高速航行能力主要依靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。 航向自动操舵仪工作时存在包括舵机（舵角）、船舶本身（航向角）在内的两个反馈回路：舵角反馈和航向反馈。 当尾舵的角坐标偏转错误!未找到引用源。，会引起船只在参考方向上发生某一固定的偏转错误!未找到引用源。。传递函数中带有一个负号，这是因为尾舵的顺时针的转动会引起船只的逆时针转动。有此动力方程可以看出，船只的转动速率会逐渐趋向一个常数，因此如果船只以直线运动，而尾舵偏转一恒定值，那么船只就会以螺旋形的进入一圆形运动轨迹。 二．实际控制过程 某水翼船渡轮，自重670t，航速45节（海里/小时），可载900名乘客，可混装轿车、大客车和货卡，载重可达自重量。该渡轮可在浪高达8英尺的海中以航速40节航行的能力，全靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求该系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。
上图：水翼船渡轮的纵倾角控制系统 已知，水翼船渡轮的纵倾角控制过程模型，执行器模型为F（s）=1/s。 三．控制设计要求 试设计一个控制器Gc（s），使水翼船渡轮的纵倾角控制系统在海浪扰动D （s）存在下也能达到优良的性能指标。假设海浪扰动D（s）的主频率为w=6rad/s。 本题要求了“优良的性能指标”，没有具体的量化指标，通过网络资料的查阅：响应超调量小于10%，调整时间小于4s。 四．分析系统时域 1.原系统稳定性分析 num=[50]; den=[1 80 2500 50]; g1=tf(num,den); [z,p,k]=zpkdata(g1,'v'); p1=pole(g1); pzmap(g1) 分析：上图闭环极点分布图，有一极点位于原点，另两极点位于虚轴左边，故处于临界稳定状态。但还是一种不稳定的情况，所以系统无稳态误差。 2.Simulink搭建未加控制器的原系统（不考虑扰动）。
实验指导书
混凝土基本理论及钢桁架静力测试试验指导书
试验一、钢筋混凝土受弯构件正截面破坏试验 一、试验目的 1．了解受弯构件正截面的承载力大小、挠度变化及裂缝出现和发展过程； 2．观察了解受弯构件受力和变形过程的三个工作阶段及适筋梁的破坏特征； 3．测定受弯构件正截面的开裂荷载和极限承载力，验证正截面承载力计算方法。 二、试件、试验仪器设备 1．试件特征 （1）. 根据试验要求，试验梁的混凝土强度等级为C20，纵向受力钢筋强度等级Ｉ级。 （2）. 试件尺寸及配筋如图1所示，纵向受力钢筋的混凝土净保护层厚度为15mm 。 （3）. 梁的中间500mm 区段内无腹筋，其余区域配有 6@60的箍筋，以保证不发生斜 截面破坏。 （4）. 梁的受压区配有两根架立筋，通过箍筋与受力筋绑扎在一起，形成骨架，保证受力钢筋处在正确的位置。 2．试验仪器设备 （1）. 静力试验台座、反力架、支座及支墩 （2）. 20T 手动式液压千斤顶 （3）. 读数显微镜及放大镜 （4）. 位移计（百分表）及磁性表座 三、试验装置及测点布置 1．试验装置见图2 （1）. 在加荷架中，用千斤顶通过分配梁进行两点对称加载，使简支梁跨中形成长 500mm 的纯弯曲段（忽略梁的自重）。 （2）. 构件两端支座构造应保证试件端部转动及其中一端水平位移不受约束，基本符 合铰支承的要求。 2．测点布置 梁的跨中及两个对称加载点各布置一位移计f 3～f 5，量测梁的整体变形，考虑在加载的过程中，两个支座受力下沉，支座上部分别布置位移测点f 1和f 2，以消除由于支座下沉对挠度测试结果的影响。 图1 试件尺寸及配筋图
自动控制原理实验1-6
实验一 MATLAB 仿真基础 、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 (sysl, sys2, sigh 其中sign 是反馈极性，sign 缺省时，默认为负反馈，sign = -1；正反馈时, sig n = 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 2 5(s 2) (s 6s 7) 3 3 s(s 1) (s 2s 1) 2. 已知系统传递函数，建立零极点增益模型 s 3 飞 2~ s 2s 2s 1 3 ?将多项式模型转化为零极点模型 5(s 2)2(s 2 6s 7) G(s) s 3 s 3 2s 2 2s 1 G(s) G(s)
自动控制原理课程设计任务书(2016)
《自动控制原理》课程设计任务书 航空航天学院 2016.11
目录 一、设计目的和要求 (1) 1 设计目的 (1) 2 设计要求 (1) 二、题目 (2) 题目1直线一级倒立摆频率响应控制实验 (2) 题目2 直线一级倒立摆PID 控制实验 (7) 题目3 控制系统校正实验1 (9) 题目4 控制系统校正实验2 (10) 题目5 控制系统校正实验3 (11) 题目6 控制系统校正实验4 (12) 三、实践报告书写内容要求 (13) 四、考核方式 (14)
一、设计目的和要求 1 设计目的 1）培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 2）培养学生运用所学知识，利用MATLAB这软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题。 3）提高学生课程设计报告撰写水平。 4）培养学生文献检索的能力。 2 设计要求 1）熟悉MATLAB语言及Simulink仿真软件。 2）掌握控制系统的时域分析，主要包括系统的各种响应、性能指标的获取、零极点对系统性能的影响、高阶系统的近似研究，控制系统的稳定性分析，控制系统的稳态误差的求取。 3）掌握控制系统的根轨迹分析，主要包括多回路系统的根轨迹、零度根轨迹、纯迟延系统根轨迹和控制系统的根轨迹分析。 4）掌握控制系统的频域分析，主要包括系统Bode图、Nyquist图、稳定性判据和系统的频域响应。 5）掌握控制系统的校正，主要包括根轨迹法超前校正、频域法超前校正、频域法滞后校正以及校正前后的性能分析。
二、题目 题目1直线一级倒立摆频率响应控制实验 1、初始条件 （1）固高GLIP2002直线二级倒立摆 （2）计算机（Matlab Simulink） 1.1 倒立摆系统简介 倒立摆是机器人技术、控制理论、计算机控制等多个领域、多种技术的有机结合，其被控系统本身又是一个绝对不稳定、高阶次、多变量、强耦合的非线性系统，可以作为一个典型的控制对象对其进行研究。最初研究开始于二十世纪50 年代，麻省理工学院（MIT）的控制论专家根据火箭发射助推器原理设计出一级倒立摆实验设备。近年来，新的控制方法不断出现，人们试图通过倒立摆这样一个典型的控制对象，检验新的控制方法是否有较强的处理多变量、非线性和绝对不稳定系统的能力，从而从中找出最优秀的控制方法。倒立摆系统作为控制理论研究中的一种比较理想的实验手段，为自动控制理论的教学、实验和科研构建一个良好的实验平台，以用来检验某种控制理论或方法的典型方案，促进了控制系统新理论、新思想的发展。由于控制理论的广泛应用，由此系统研究产生的方法和技术将在半导体及精密仪器加工、机器人控制技术、人工智能、导弹拦截控制系统、航空对接控制技术、火箭发射中的垂直度控制、卫星飞行中的姿态控制和一般工业应用等方面具有广阔的利用开发前景。平面倒立摆可以比较真实的模拟火箭的飞行控制和步行机器人的稳定控制等方面的研究。 1.2 直线倒立摆 直线倒立摆是在直线运动模块上装有摆体组件，直线运动模块有一个自由度，小车可以沿导轨水平运动，在小车上装载不同的摆体组件，可以组成很多类别的倒立摆，直线柔性倒立摆和一般直线倒立摆的不同之处在于，柔性倒立摆有两个可以沿导轨滑动的小车，并且在主动小车和从动小车之间增加了一个弹簧，作为柔性关节。直线倒立摆系列产品如图1-1 所示。
实验指导书
实验一材料硬度测定(综合性) 一、实验内容 1.金属布氏硬度实验。 2.金属洛氏硬度实验。 二、实验目的及要求 该实验的目的是使学生熟悉金属布氏、洛氏、维氏硬度计的使用方法，巩固硬度试验方法的理论知识，掌握各种硬度计的结构原理、操作方法及注意事项。要求学生具有踏实的理论知识，同时也具有严谨、一丝不苟的作风。 三、实验条件及要求 （一）实验条件 1.布氏硬度计、洛氏硬度计和显维硬度计，读数放大镜，标准硬度块。 2.推荐试样用材：灰铸铁、经调质处理的45钢、淬火低温回火的T10钢。 （二）要求 制备试样过程中不得使试样因冷、热加工影响试验面原来的硬度。试验面应为光滑的平面，不应有氧化皮及污物，测布氏硬度、洛氏硬度时试验面的粗糙度Ra≤0.8μm。 试验时，应保证试验力垂直作用于试验面上，保证试验面不产生变形、挠曲和振动。试验应在10～35℃温度范围内进行。 不同硬度试验对试样及试验操作尚有具体要求。 四、实验相关知识点 1.硬度试验原理。 2.对试样的要求。 3.硬度试验方法的选择。 4.各种硬度计的结构原理、操作方法及注意事项。 5.试验数据的获得。 6.不同硬度试验方法的关系。 五、实验实施步骤 （一）金属布氏硬度试验 金属布氏硬度值是单位压痕表面积所承受的外力。
1.试验规范的选择 布氏硬度试验时应根据测试材料的硬度和试样厚度选择试验规范，即压头材料与直径、F/D2值、试验力F及试验力保持时间t。 （1）压头材料与直径的选择压头为硬质合金球。 球体直径D的选择按GB/T231.1-2009《金属布氏硬度试验方法》有五种，即10mm、5mm、2.5mm、2mm和1mm。压头直径可根据试样厚度选择，见压头直径、压痕平均直径与试样最小厚度关系表。选择压头直径时，在试样厚度允许的条件下尽量选用10mm球体作压头，以便得到较大的压痕，使所测的硬度值具有代表性和重复性，从而更充分地反映出金属的平均硬度。 （2）F/D2、试验力F及试验力的选择 F/D2比值有七种：30、15、10、5、2.5、1.25和1，其值主要根据试验材料的种类及其硬度范围来选择。 球体直径D和F/D2比值确定后，试验力F也就确定了。 试验须保证压痕直径d在（0.24～0.6）D范围内，试样厚度为压痕深度的10倍以上。 （3）试验力保持时间t的选择试验力保持时间t主要根据试样材料的硬度来选择。黑色金属：t＝10～15s；有色金属：t＝（30±2）s；<35HBW的材料：t＝（60±2）s。 2.布氏硬度试验过程 （1）试验前，应使用与试样硬度相近的二等标准布氏硬度块对硬度计进行校对，即在硬度块上不同部位测试五个点的硬度，取其平均值，其值不超过标准硬度块硬度值的±3％方可进行试验，否则应对硬度计进行调整、修理。 （2）接通电源，打开电源开关。将试样安放在试验机工作台上，转动手轮使工作台慢慢上升，使试样与压头紧密接触，直至手轮与螺母产生相对滑动。同时应保证试验过程中试验力作用方向与试验面垂直，试样不发生倾斜、移动、振动。 启动按钮开关，在施力指示灯亮的同时迅速拧紧压紧螺钉，使圆盘随曲柄一起回转，直至自动反向转动为止，施力指示灯熄灭。从施力指示灯亮到熄灭的时间为试验力保持时间，转动手轮取下试样。 （3）用读数显微镜在两个互相垂直的方向测量出试样表面的压痕直径d1 。
《自动控制原理》实验课程教学大纲
《自动控制原理》实验课程教学大纲 课程代码： TELE2004 课程学分：3 课程名称（中/英）：自动控制原理 Principles of Automatic Control 课程学时： 54 实验学时：9 适用专业：信息、电子及通信 实验室名称：开放实验室 一、课程简介： 本课程主要学习自动控制系统分析与设计的基本原理与基本方法，包括系统数学 模型的建立，控制系统的分析的时域分析法、根轨迹法以及频域分析法，控制系统设 计的根轨迹法及频率响应法。通过课程的学习，同学们能理解并掌握系统传递函数的 概念，各项动态性能指标的定义与求法，稳定性的概念与判别，稳态误差及稳态误差 系数的求解。 本课程的教学目标是让用学们能够掌握反馈控制系统的经典理论与方法，并能运 用这些知识建立系统的数据模型，分析系统的动态性能指标，确定系统的稳定性与控 制精度，并可以进行小型控制系统的设计与改进。 本课程包含47学时的课程教学，讲授系统建模、时域分析、根轨迹、频率响应 与系统设计等内容。 本课程还包含一个9学时的实验项目，同学们将自行设计并实现一个小型控制系统，该实验将完全按照工程项目的执行方式进行的。 二、实验项目及学时分配 序号 项目名称 实验类型 学时分配 每组人数 必修/选修 设计性 9 1 必修 1 小型控制系统（角位 移、位移、温度可选） 设计与实现 三、实验内容及教学要求 实验项目1：小型控制系统（角位移、位移、温度可选）设计与实现
1.教学内容 与传统意义下的课程实验不同，这是一个项目型实验，意味着你必须执行一个小型的项目。有若干个项目题目可供选择，该项目需要在上课学期内完成。项目在学期中间发布，你必须在学期未进入考试周之前完成全部工作。 This is a project oriented lab, which means that you are required to carry out a small-scale project rather than a conventional lab. You will be supplied with several candidate projects to choose one as your objective project to carry out in the same semester when the course is given. You will have the project issued in the mid-semester and are required to complete it before entering examination weeks of the semester. 与普通的实验不同，项目的执行通常需要经历若干阶段，也会需要更长的实现周期。通过这个实验，你可明白并经历完整的项目执行过程，尽管从可操作性出发，实验中采用的会是一些比较小型化的项目。这样的经历无疑会对同学们参加项目的能力培养有所助益。 Not like conventional lab, project usually will run for several stages or phases and, maybe, will last for a longer period. You will move from one phase to the other until getting everything done properly. You can then experience and understand the complete project executing procedures, nevertheless how small scaled is the one in which you are involved, which is certainly helpful in preparing you some kind of project taking capabilities. 有三个可供选择的课题，它们是： There are three topics available. They are: 1)直流电机控制的角位移控制系统Angle position control system with dc motor 设计一个角度控制系统，它能接受所期望的角度的输入指令，产生一个与输出要求完全一致的输出角度。 Design an angle system, which can accept desired angle input command and generates an angle output following exactly the input one. 2)车辆运动控制系统Vehicle motion control system 一辆玩具车或是实验室自制的模型车将作为被控制对象。该系统必须能准确地行进任意指定的距离。 A toy vehicle or lab made vehicle is the plant to be controlled. The system must be able to move a given distance accurately. 3)温度控制系统Temperature control system 这是个水温控制系统。它用控制并操持一个小型容器中的水的温度到任意指定的数值。
MATLAB实验指导书(DOC)
MATLAB 实验指导书
前言 MATLAB程序设计语言是一种高性能的、用于科学和技术计算的计算机语言。它是一种集数学计算、分析、可视化、算法开发与发布等于一体的软件平台。自1984年MathWorks公司推出以来，MATLAB以惊人的速度应用于自动化、汽车、电子、仪器仪表和通讯等领域与行业。MATLAB有助于我们快速高效地解决问题。MATLAB相关实验课程的学习能加强学生对MATLAB程序设计语言理解及动手能力的训练，以便深入掌握和领会MATLAB应用技术。
目录 基础型实验............................................................................................ - 1 - 实验一MATLAB集成环境使用与基本操作命令练习 ............. - 1 - 实验二MATLAB中的数值计算与程序设计 ............................. - 7 - 实验三MATLAB图形系统 ......................................................... - 9 -
基础型实验 实验一 MATLAB 集成环境使用与基本操作命令练习 一 实验目的 熟悉MATLAB 语言编程环境；熟悉MATLAB 语言命令 二 实验仪器和设备 装有MATLAB7.0以上计算机一台 三 实验原理 MATLAB 是以复杂矩阵作为基本编程单元的一种程序设计语言。它提供了各种矩阵的运算与操作，并有较强的绘图功能。 1.1 基本规则 1.1.1 一般MATLAB 命令格式为 [输出参数1，输出参数2，……]=（命令名）（输入参数1，输入参数2，……） 输出参数用方括号，输入参数用圆括号如果输出参数只有一个可不使用 括号。 1.1.2 %后面的任意内容都将被忽略，而不作为命令执行，一般用于为代码加注 释。 1.1.3 可用↑、↓键来重现已输入的数据或命令。用←、→键来移动光标进行修改。 1.1.4 所有MATLAB 命令都用小写字母。大写字母和小写字母分别表示不同的 变量。 1.1.5 常用预定义变量，如pi 、Inf 、NaN 、ans 1.1.6 矩阵的输入要一行一行的进行，每行各元素用空格或“，”分开，每行用 “；”分开。如 ?? ?? ? ?????=987654321A MATLAB 书写格式为A=[1 2 3 ；4 5 6 ；7 8 9] 在MATLAB 中运行如下程序可得到A 矩阵 a=[1 2 3;4 5 6;7 8 9] a = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1.1.7 需要显示命令的计算结果时，则语句后面不加“；”号，否则要加“；”号。
自动控制原理Matlab实验3(系统根轨迹分析)
《自动控制原理》课程实验报告 实验名称系统根轨迹分析 专业班级 *********** ********* 学 号 姓名** 指导教师李离 学院名称电气信息学院 2012 年 12 月 15 日
一、实验目的 1、掌握利用MATLAB 精确绘制闭环系统根轨迹的方法； 2、了解系统参数或零极点位置变化对系统根轨迹的影响； 二、实验设备 1、硬件：个人计算机 2、软件：MATLAB 仿真软件（版本6.5或以上） 三、实验内容和步骤 1．根轨迹的绘制 利用Matlab 绘制跟轨迹的步骤如下： 1） 将系统特征方程改成为如下形式：1 + KG ( s ) = 1 + K ) () (s q s p =0， 其中，K 为我们所关心的参数。 2） 调用函数 r locus 生成根轨迹。 关于函数 rlocus 的说明见图 3.1。 不使用左边的选项也能画出根轨迹，使用左边的选项时，能 返回分别以矩阵和向量形式表征的特征根的值及与之对应的增益值。 图3.1 函数rlocus 的调用 例如，图 3.2 所示系统特征根的根轨迹及其绘制程序见图 3.3。
图3.2 闭环系统一 图3.3 闭环系统一的根轨迹及其绘制程序
图 3.4 函数 rlocfind 的使用方法 注意：在这里，构成系统 s ys 时，K 不包括在其中，且要使分子和分母中 s 最高次幂项的系数为1。 当系统开环传达函数为零、极点形式时，可调用函数 z pk 构成系统 s ys : sys = zpk([zero],[pole],1); 当系统开环传达函数无零点时，[zero]写成空集[]。 对于图 3.2 所示系统， G(s)H(s)= )2()1(++s s s K *11+s =) 3)(2() 1(+++s s s s K . 可如下式调用函数 z pk 构成系统 s ys : sys=zpk([-1],[0 -2 -3],1) 若想得到根轨迹上某个特征根及其对应的 K 的值，一种方法是在调用了函数 rlocus 并得到了根 轨迹后调用函数 rlocfind 。然后，将鼠标移至根轨迹图上会出现一个可移动的大十字。将该十字的 中心移至根轨迹上某点，再点击鼠标左键，就可在命令窗口看到该点对应的根值和 K 值了。另外一种 较为方便的做法是在调用了函数 rlocus 并得到了根轨迹后直接将鼠标移至根轨迹图中根轨迹上某
《自动控制原理》专科课程标准
《自动控制原理》课程标准 一、课程概述 （一）课程性质地位 自动控制原理是空间工程类、机械控制类、信息系统类等相关专业学历教育合训学员的大类技术基础课程。由于自动控制原理在信息化武器装备中得到了广泛的应用，因此，将本课程设置为大类技术基础课，对培养懂技术的指挥人才有着十分重要的作用。本课程所覆盖的知识面较宽，既有较深入的理论基础知识，也有较广泛的专业背景知识，因而，它在学员知识结构方面将起到加强理论深度和拓展知识广度的积极作用。 （二）课程基本理念 为了贯彻素质教育和创新教育的思想，本课程将在注重自动控制原理的基本概念和基本分析与设计方法的基础上，适当引入自动控制发展中的、学员能够理解的新概念和新方法；贯彻理论联系实际的原则，科学取舍各种主要理论、方法的比例，正确处理好理论与案例的关系，以适应为部队培养应用复合型人才的需要；适当引入和利用Matlab工具来辅助自动控制原理中的复杂计算与作图、验证分析与设计的结果；本课程应该既使学员掌握必要的基础理论知识，并了解它们对实际问题的指导作用，又要促进学员养成积极思考、长于分析、善于推导的能力和习惯。 （三）课程设计思路 本课程主要介绍自动控制原理的基本概念和基本的分析与设计方法。课程采用“一纵三横”的设计思路，具体来说，“一纵”就是在课程讲授中要求贯彻自动控制系统的建模、分析及设计方法这条主线；“三横”就是在方法讲授中要求强调自动控制系统的稳定性、快速性和准确性，稳准快三个字是分析的核心，也是设计的归宿。在课程讲授中，贯彻少而精的原则，即对重点、难点讲深讲透；注意理论联系专业实际，例子贴近生活，注重揭示抽象概念的物理意义；注意传统教法与现代教法的有机结合，充分运用各种教学手段，特别注重发挥课程教学网站的作用。在课程学习中，注重阅读教材、完成作业、课程实验及讨论问题等四个环节，深刻理解课程内容中的重点和难点，重点掌握自动控制原理的基本概念和基本分析与设计方法。