《自动控制原理》典型考试试题
(时间120分钟)
院/系______________ 专业_______________ 姓名________________ 学号________________ 第二章：主要是化简系统结构图求系统的传递函数，可以用化简，也可以用梅逊公式来求
一、(共15分)已知系统的结构图如图所示。请写出系统在输入r(t)和扰动n(t)同时作用下的输出C(s)的表达式。
、(共15分)已知系统的结构图如图所示。
R(s) N(s)
三、(共15分)已知系统的结构图如图所示。试确定系统的闭环传递函数C(s)/R(s)。
四、(共15分)系统结构图如图所示，求X(s)的表达式
_ __ 1
码⑸卜——
五、(共15分)已知系统的结构图如图所示。
试确定系统的闭环传递函数 C(s)/R(s)和C(s)/D(s)
六、(共15分)系统的结构图如图所示，试求该系统的闭环传递函数
C(s)
R(s) °
七、(15分)试用结构图等效化简求题图所示各系统的传递函数
C(s) R(s)
N(s)
第三章：主要包括稳、准、快
3
个方面
稳定性有2题，绝对稳定性判断，主要是用劳斯判据，特别是临界稳定中出现全零行问题。
相对稳定性判断，主要是稳定度问题，就是要求所有极点均在s=-a垂线左测问题，就是将s=w-a代
入D(s)=O中，再判断稳定
快速性主要是要记住二阶系统在0< E <1时的单位阶跃响应公式以及指标求取的公式。
准确性主要是稳态误差的公式以及动态误差级数两方面
、(共15分)某控制系统的方框图如图所示，欲保证阻尼比=0.7和响应单位斜坡函数的稳态
误差为e ss=0.25，试确定系统参数K .。
、(共10分)设图(a)所示系统的单位阶跃响应如图( b)所示。试确定系统参数K,, K2和
a。
作用下的
四、(共10分)已知单位负反馈系统的开环传递函数为：
K
G(s) -
(s + 2)(s + 4)(s +6s + 25)
试确定引起闭环系统等幅振荡时的K值和相应的振荡频率■ 五、(15分)设单位反馈系统的开环传递函数为
G(沪 5
s3 s2 +2s + 1
若系统以2rad/s频率持续振荡，试确定相应的K和：?值
、(共15分)已知系统结构图如下所示。求系统在输入r(t)=t 和扰动信号d(t)=1(t)
六、(共15分)系统结构图如图所示。
(1) 为确保系统稳定，如何取 K 值？
(2) 为使系统特征根全部位于 s 平面S = -1的左侧，K 应取何值？ (3) 若r(t) =2t 2时，要求系统稳态误差 e ss 岂0.25，K 应取何值?
恥)盹)
—■边——
(1)
当K o =25, K f =0时，求系统的动态性能指标
-%
和t s ； (2)
若使系统 =0.5，单位速度误差e ss =0.1时，试确定K o 和K f 值。
已知系统的传递函数为衆=2 ，
N s
) S 2
+ 5S +6
C(0) = -1 C(0) =0，试求系统的单位阶跃响应
C(t)和脉冲响应h(t)。
_1 21
K
c (s
)
___________________ __ __ ?
s(0 Is +1)(0.2s+ 1)
六、(15分)单位反馈系统的开环传递函数为
G(s) =
K s(s 3)(s 5)
为使系统特征根的实部不大于 -1，试确定开环增益的取值范围。
六、(15分)系统结构图如图所示
R(s)
__________ K ___________ s(0.1s 1)(0.25s 1)
C(s)
*
求：1.为使系统闭环稳定，确定 K 的取值范围。
2. 当K 为何值时，系统出现等幅振荡，并确定等幅振荡的频率。
3. 为使系统的闭环极点全部位于 s 平面的虚轴左移一个单位后的左侧，试确定 围。
K 的取值范
七、(15分)系统结构图如图 4所示,
八、
设系统初始条件为
图4题图
九、已知二阶系统的单位阶跃响应为h(t) = 10 T2.5e「sin(1.6t 53.1 ) 试求系统的超调量；「％、峰值时间t p和调节时间t s。
十、简答题(共15分) 已知一控制系统的结构图如下
(1) 确定该系统在输入信号 r(t)=1(t)下的时域性能指标： 超调量
匚% ,调节时间t s 和峰值时间
t p ；
(2) 当r(t) =2 1(t), n(t) =4 1(t)时，求系统的稳态误差。
(15分)已知系统结构图如题图所示
5 4 3 2
十四、 (15分)已知系统的特征方程 D (s )二s 2s 2s 4s 11s
0，试
判别系统的稳定性，并确定在右半 s 平面根的个数及纯虚根。
十五、(15分)已知系统的特征方程 D (s ) =S 5
- 3s 4
12s 3
- 24s 2
32s 4^ 0，试判别系
统的稳定性，并确定在右半 s 平面根的个数及纯虚根。
(1)
求引起闭环系统临界稳定的
K 值和对应的振荡频率■?；
2
(2)
r(t)二t 时，要使系统稳态误差
e ss 空0.5，试确定满足要求的
K 值范围。
十二、(15分)已知在零初始条件下，系统的单位阶跃响应为 求
系统的传递函数和脉冲响应。
c (t ) = 1 一 2e
_2t
e 4
，试
十三、(15分)单位反馈系统的开环传递函数 间
G(s)二
4 s(s 5)
求单位阶跃响应 h(t)和调节时
卜六、系统结构图如题 3-25图所示，要使系统对 r(t)而言是II 型的,
试确定参数 K o 和?的值。
N(s)
题3-25冬系统结构閔
第四章：主要是根轨迹的绘制问题
二、 (共15分)
已知单位反馈系统的特征方程为： s 2(s 10) K(s 1^ 0，
(1)
试绘制根轨迹，并说明过渡过程为单调变化和振荡时 K 值的取值范围。
(2)
求具有最小阻尼比的主导极点及 K 值
K(s 2 -2s+5)
三、 (共15分)已知单位反馈控制系统的开环传递函数为： G(s)二
(s+3)(s-1)
要求：(1)绘制系统根轨迹图。
(2)确定系统的稳定时系统的开环增益K 的范围。
(3) 若取k = 0.8,当系统输入为单位阶跃函数时，求系统的稳态误差和系统的稳态终值。
四、(共15分)设单位反馈系统的开环传递函数为 G(s)二兰° 勺
s(s + 2)
(1) 试绘制其根轨迹
(2) 并求出使系统产生重实根和纯虚根的
K”值。
(3)
请求出闭环系统稳定，且对应的阶跃响应为单调曲线时，所对应的
K 值范围
五、绘图题(共15分)设单位负反馈控制系统开环传递函数为: (1) 绘制出系统的根轨迹图； (2) 确定使系统稳定的临界开环增益
K C ，并求出纯虚根的值。
六、实系数特征方程
3
2
一、(共15分) 已知单位反馈控制系统的开环传递函数为： 要求：(1)绘制系统根轨迹图。
(2)确定系统的临界稳定开环增益
G(s) 口
K
s(0.01s 1)(0.02s 1)
K c
。
G(s)二
K *(s 1)
s 2(s 2)(s 4)
A(s)二s 5s (6 a)s a = 0 要使其根全为实数，试确定参数a的范围。
第五章：主要要掌握
(1)给定系统的开环传递函数，求输入为正弦时稳态误差和稳态输出。
(2)能正确绘制开环极坐标图，并用乃氏稳定判据判断稳定性，补画是容易出错的地方。
(3)对于对数频率特性要能根据开环传递函数画开环对数频率特性图，同时也要求能根据开环频率特性图求出开环传递函数。
(4)要能求相角裕度和增益裕度
、(共15分)某最小相位控制系统其单位反馈系统的开环传递函数为
二、计算题(共15分)
某最小相位控制系统其单位反馈系统的开环传递函数的对数幅频曲线如下图所示:
试求：当系统的输入为r(t)二2sin(5t - 30°)时系统的稳态输出C(t)。
三、(共15分)某单位反馈系统的开环传递函数为
12(as 1)
s(s 1)(s 2)
求(1) ?当a =0时，绘制系统的开环幅相曲线，并用奈氏稳定判据判断系统的稳定性以及求出系统的幅值裕度h
(2)当a = 0时，在输入r(t)二2sin8t时，若使系统稳态输出与输入信号反相，确定a的值
四、判断题(共15分)已知系统开环传递函数为
G(s)Hm，,T 0
试概略绘制系统的奈奎斯特曲线，并讨论系统的稳定性。
试求：当系统的输入为
G(s)二
1
s(s 1)
r(t) =2si n(5t 30°)时系统的稳态输出C(t)以及稳态误差esso
4 L(w)
五、已知系统开环传递函数
试根据奈氏判据确定闭环系统的稳定性。
G(s)H(s)二
K(S_ 1) S(S 1)
六、判断题(共
15分)设系统的开环传递函数为
1 +
4s
G(s)H(s)-
s 2
(1+s)(1+2s)
七、判断题(共15分)已知单位负反馈系统开环传递函数
G(s) =
k(4
s 1)
3 s(s-1)
(1) 绘制k=6时的乃氏曲线，并用乃氏判据判断系统的稳定性; (2)
给出系统稳定时k 的范围。
七、已知系统开环传递函数
G(s)二
10(s 2 -2s 5)
(s 2)(s-0.5)
试概略绘制幅相特性曲线，并根据奈氏判据判定闭环系统的稳定性。 八( 10分)已知系统的开环传递函数 (1)
绘出a 从0 时系统的根轨迹 G(s) =
s + a
2
s(s 6s 7)
，要求
(要求出分离点、渐近线、与虚轴的交点等)
a 的取值范围。
九、已知系统开环传递函数 G(s)二
10
s(0.2s 2
0.8s-1)
试绘制奈氏图，并根据奈氏判据，判断系统的稳定性: 要求用乃氏判据判断闭环系统的稳定
《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 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。
自动控制 摘要：综述了自动控制理论的发展情况，指出自动控制理论所经历的三个发展阶段，即经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论。最后指出，各种控制理论的复合能够取长补短，是控制理论的发展方向。 自动控制理论是自动控制科学的核心。自动控制理论自创立至今已经过了三代的发展：第一代为20世纪初开始形成并于50年代趋于成熟的经典反馈控制理论；第二代为50、60年代在线性代数的数学基础上发展起来的现代控制理论；第三代为60年 代中期即已萌芽，在发展过程中综合了人工智能、自动控制、运筹学、信息论等多学科的最新成果并在此基础上形成的智能控制 理论。经典控制理论(本质上是频域方法)和现代控制理论(本质上是时域方法)都是建立在控制对象精确模型上的控制理论，而实 际上的工业生产系统中的控制对象和过程大多具有非线性、时变性、变结构、不确定性、多层次、多因素等特点，难以建立精确的数学模型。因此，自动控制专家和学者希望能从要解决问题领域的知识出发，利用熟练操作者的丰富经验、思维和判断能力，来实现对上述复杂系统的控制，这就是基于知识的不依赖于精确的数学模型的智能控制。本文将对经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论的发展情况及基本内容进行介绍。 1自动控制理论发展概述 自动控制是指应用自动化仪器仪表或自动控制装置代替人 自动地对仪器设备或工业生产过程进行控制，使之达到预期的状态或性能指标。对传统的工业生产过程采用自动控制技术，可以有效提高产品的质量和企业的经济效益。对一些恶劣环境下的控制操作，自动控制显得尤其重要。 自动控制理论是与人类社会发展密切联系的一门学科，是自动控制科学的核心。自从19世纪M a x w e ll对具有调速器的蒸汽发动
自动控制原理 知识要点与习题解析 第2章 控制系统的数学模型 数学模型有多种表现形式：传递函数、方框图、信号流图等。 ； ； )()()()(t e t c t n t r )()()()()()(s s s s s H s G en n e ΦΦΦΦ； P32 (自动控制原理p23) 2-17 P33 解： (e) 42 32121123 211)(G H G G H G G H G G G G s ++-+= Φ； P37 (p73) 2-21 试绘制与题2-21图中系统方框图对应的信号流图，并用梅森增益公式求传递函数C (s )/R (s ) 和误差传递函数E (s )/R (s ) 注：P21(2) 依据系统方框图绘制信号流图 首先确定信号流图中应画出的信号节点，再根据方框图表明的信号流向，用支路及相应的传输连接信号节点。步骤如下， (a)系统的输入为源点，输出为阱点； (b)在方框图的主前向通路上选取信号节点，即相加点后的信号和有分支点的信号，两信号是同一个 题2-21图 系统方框图 题2-1 7图 控制系统方框图 题2-17解图 控制系统简化方框图
信号时只作为一个节点； (c)其它通路上，仅反馈结构求和点后的信号选作节点； (d)最后，依据信号关系，用支路连接这些节点。 解：图(a)信号流图如题2-21解图(a)所示。 计算C (s )/R (s )和E (s )/R (s )过程中，关于回路和特征式的计算是完全相同，可统一计算。 回路 111H G L -=，232H G L -=，213213H H G G G L -=； 特征式 21312132123111H H G G H H G G G H G H G ++++=?。 计算C (s )/R (s )： 前向通路 3211G G G P =，342G G P =； 特征子式 11=?，1121H G +=?； 2 131223111134321)1(1) 1()()(H H G G G H G H G H G G G G G G s R s C ++++++=； 计算E (s )/R (s )： 前向通路 11=P ；21342H H G G P -=； 特征子式 2311H G +=?，12=?； 2 131223112 13423)1(11)()(H H G G G H G H G H H G G H G s R s E ++++-+=； P38 (p73) 2-22 试用梅森增益公式求题2-22图中各系统信号流图的传递函数)(/)(s R s C 。 解：(b) 6543211G G G G G G P =，654372G G G G G P =，6813G G G P =，68174G G H G P -=； 121H G L -=，242H G L -=，363H G L -=，45434H G G G L -=， 4185H H G L =，56543216H G G G G G G L -=，5654377H G G G G G L -=， 56818H G G G L -=，568179H G G H G L =； 3219282523231219 11L L L L L L L L L L L L L L L L i i -++++++-=?∑=； 11=?，12=?，24431H G +=?=?； ? ++++=)1)(()()(244321H G P P P P s R s C ； 题2-21解图 系统信号流图 题2-22图 系统信号流图
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
目录 实验装置介绍 (1) 实验一一、二阶系统阶跃响应 (2) 实验二控制系统稳定性分析 (5) 实验三系统频率特性分析 (7) 实验四线性系统串联校正 (9) 实验五 MATLAB及仿真实验 (12)
实验装置介绍 自动控制原理实验是自动控制理论课程的一部分，它的任务是：一方面，通过实验使学生进一步了解和掌握自动控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设计方法；另一方面，帮助学生学习和提高系统模拟电路的构成和测试技术。 TAP-2型自动控制原理实验系统的基本结构 TAP-2型控制理论模拟实验装置是一个控制理论的计算机辅助实验系统。如上图所示，TAP-2型控制理论模拟实验由计算机、A/D/A 接口板、模拟实验台和打印机组成。计算机负责实验的控制、实验数据的采集、分析、显示、储存和恢复功能，还可以根据不同的实验产生各种输出信号；模拟实验台是被控对象，台上共有运算放大器12个，与台上的其他电阻电容等元器件配合，可组成各种具有不同系统特性的实验对象，台上还有正弦、三角、方波等信号源作为备用信号发生器用；A/D/A 板安装在模拟实验台下面的实验箱底板上，它起着模拟与数字信号之间的转换作用，是计算机与实验台之间必不可少的桥梁；打印机可根据需要进行连接，对实验数据、图形作硬拷贝。 实验台由12个运算放大器和一些电阻、电容元件组成，可完成自动控制原理的典型环节阶跃响应、二阶系统阶跃响应、控制系统稳定性分析、系统频率特性测量、连续系统串联校正、数字PID 、状态反馈与状态观测器等相应实验。 显示器 计算机 打印机 模拟实验台 AD/DA 卡
实验一一、二阶系统阶跃响应 一、实验目的 1．学习构成一、二阶系统的模拟电路，了解电路参数对系统特性的影响；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对动态性能的影响。 2．学习一、二阶系统阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算一、二阶系统的传递函数。 二、实验仪器 1．自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 三、实验原理 模拟实验的基本原理： 控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟一、二阶系统，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟一、二阶系统，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。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。 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。 四、实验内容 构成下述系统的模拟电路，并测量其阶跃响应： 1．一阶系统的模拟电路如图
第一章第二章 一、单项选择题 1、适合应用传递函数描述的系统是 ( ) 。 （分数：1分） A. 单输入，单输出的线性定常系统 B. 单输入，单输出的线性时变系统 C. 单输入，单输出的定常系统 D. 非线性系统 正确答案：A 2、 采用负反馈形式连接后，则 ( )。 （分数：1分） A. 一定能使闭环系统稳定 B. 系统动态性能一定会提高 C. 一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除 D. 需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能 正确答案：D 3、若某负反馈控制系统的开环传递函数为 ，则该系统的闭环特征方程为 ( ) 。 （分数：1分） A. s(s+1)=0 B. s(s+1)+5=0 C. s(s+1)+1=0 D. 与是否为单位反馈系统有关 正确答案：B 4、关于传递函数，错误的说法是 ( ) 。 （分数：1分） A. 传递函数只适用于线性定常系统； B. 传递函数不仅取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响； C. 传递函数一般是为复变量s的真分式； D. 闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性 正确答案：B 5、
非单位负反馈系统，其前向通道传递函数为G(S)，反馈通道传递函数为H(S)，当输入信号为R(S)，则从输入端定义的误差E(S)为 ( )。 （分数：1分） A. E(S)=R(S)*G(S) B. E(S)=R(S)*G(S)*H(S) C. E(S)=R(S)*G(S)-H(S) D. E(S)=R(S)-G(S)H(S) 正确答案：D 6、梅逊公式主要用来（） 。 （分数：1分） A. 判断稳定性 B. 计算输入误差 C. 求系统的传递函数 D. 求系统的根轨迹 正确答案：C 7、信号流图中，在支路上标明的是（） 。 （分数：1分） A. 输入 B. 引出点 C. 比较点 D. 传递函数 正确答案：D 8、 已知 ，其原函数的终值 （）。 （分数：1分） A. 0 B. ∞
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（非自动化类）习题答案 第一章 习题 1-1（略） 1-2（略） 、 1-3 解： 受控对象：水箱液面。 被控量：水箱的实际水位 h " 执行元件：通过电机控制进水阀门开度，控制进水流量。 比较计算元件：电位器。 测量元件：浮子，杠杆。 放大元件：放大器。 h h （与电位器设定 电压 u 相对应，此时电位器电刷位于中点位置）。 当 h h 时，电位器电刷位于中点位置，电动机不工作。一但 h ≠ h 时，浮子位置相应升高（或 ' 降低），通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移（或上移），从而给电动机提供一定的工作电压，驱动 电动机通过减速器使阀门的开度减小（或增大），以使水箱水位达到希望值 h 。 水位自动控制系统的职能方框图 1-4 解： 受控对象：门。 执行元件：电动机，绞盘。 放大元件：放大器。 受控量：门的位置 , 测量比较元件：电位计 工作原理：系统的被控对象为大门。被控量为大门的实际位置。输入量为希望的大门位置。 当合上开门开关时，桥式电位器测量电路产生偏差电压，经放大器放大后，驱动电动机带动绞盘转动， 使大门向上提起。同时，与大门连在一起的电位器电刷上移，直到桥式电位器达到平衡，电动机停转，开 门开关自动断开。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘反转，使大门关闭。 * 仓库大门自动控制开（闭）的职能方框图 1-5 解： 系统的输出量：电炉炉温 给定输入量：加热器电压 被控对象：电炉
放大元件：电压放大器，功率放大器，减速器 比较元件：电位计 测量元件：热电偶 职能方框图： 第二章 习题 2-1 解：对微分方程做拉氏变换： ? X (s ) R (s ) ? C (s ) N (s ) ? ? X (s ) KX (s ) ? X (s ) X (s ) ? X (s ) ? ? TsX (s ) X (s ) ? X (s ) X (s ) ? KN (s ) ? ?K X (s ) sC (s ) sC (s ) ? 绘制上式各子方程的方块图如下图所示： KK C (s ) / R (s ) ， Ts (T 1)s s K K 1 s s 1 s s
第二部分古典控制理论基础习题详解 一 概述 2-1-1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。 【解】： 控制系统优点缺点 开环控制简单、造价低、调节速度快调节精度差、无抗多因素干扰能力闭环控制抗多因素干扰能力强、调节精度高结构较复杂、造价较高 2-1-2试列举几个日常生活中的开环和闭环控制系统的例子，并说明其工作原理。 【解】： 开环控制——半自动、全自动洗衣机的洗衣过程。 工作原理：被控制量为衣服的干净度。洗衣人先观察衣服的脏污程度，根据自己的经验，设定洗涤、漂洗时间，洗衣机按照设定程序完成洗涤漂洗任务。系统输出量（即衣服的干净度）的信息没有通过任何装置反馈到输入端，对系统的控制不起作用，因此为开环控制。 闭环控制——卫生间蓄水箱的蓄水量控制系统和空调、冰箱的温度控制系统。 工作原理：以卫生间蓄水箱蓄水量控制为例，系统的被控制量（输出量）为蓄水箱水位（反应蓄水量）。水位由浮子测量，并通过杠杆作用于供水阀门（即反馈至输入端），控制供水量，形成闭环控制。当水位达到蓄水量上限高度时，阀门全关（按要求事先设计好杠杆比例），系统处于平衡状态。一旦用水，水位降低，浮子随之下沉，通过杠杆打开供水阀门，下沉越深，阀门开度越大，供水量越大，直到水位升至蓄水量上限高度，阀门全关，系统再次处于平衡状态。 2-1-3 试判断下列微分方程所描述的系统属何种类型（线性、非线性；定常、时变）。 【解】： （1）线性定常系统；（2）线性时变系统；（3）非线性定常系统；（4）线性定常系统。 1
2 2-1-4 根据题2-1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图： （1）将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈系统； （2）画出系统方框图。 【解】： （1）a -d 连接，b -c 连接。 （2）系统方框图 题2-1-4解图 抽头移动，电动机获得一个正电压，通过齿轮减速器传递，使阀门打开，从而增加入水流量使水位上升，当水位回到给定值时，电动机的输入电压又会回到零，系统重新达到平衡状态。反之易然。 题2-1-5解图
自动控制原理 实验报告 实验一典型系统的时域响应和稳定性分析 (2) 一、实验目的 (3) 二、实验原理及内容 (3) 三、实验现象分析 (5) 方法一：matlab程序 (5) 方法二：multism仿真 (12)
方法三：simulink仿真 (17) 实验二线性系统的根轨迹分析 (21) 一、确定图3系统的根轨迹的全部特征点和特征线，并绘出根轨迹 (21) 二、根据根轨迹图分析系统的闭环稳定性 (22) 三、如何通过改造根轨迹来改善系统的品质？ (25) 实验三线性系统的频率响应分析 (33) 一、绘制图1. 图3系统的奈氏图和伯德图 (33) 二、分别根据奈氏图和伯德图分析系统的稳定性 (37) 三、在图4中，任取一可使系统稳定的R值，通过实验法得到对应的伯德图，并据此导 出系统的传递函数 (38) 实验四、磁盘驱动器的读取控制 (41) 一、实验原理 (41) 二、实验内容及步骤 (41) （一）系统的阶跃响应 (41) （二) 系统动态响应、稳态误差以及扰动能力讨论 (45) 1、动态响应 (46) 2、稳态误差和扰动能力 (48) （三）引入速度传感器 (51) 1. 未加速度传感器时系统性能分析 (51) 2、加入速度传感器后的系统性能分析 (59) 五、实验总结 (64) 实验一典型系统的时域响应和稳定性分 析
一、 实验目的 1．研究二阶系统的特征参量（ξ、ωn ）对过渡过程的影响。 2．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。 3．熟悉Routh 判据，用Routh 判据对三阶系统进行稳定性分析。 二、 实验原理及内容 1．典型的二阶系统稳定性分析 (1) 结构框图：见图1 图1 (2) 对应的模拟电路图 图2 (3) 理论分析 导出系统开环传递函数，开环增益0 1 T K K = 。 (4) 实验内容 先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R 的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。在此实验中(图2)， s 1T 0=， s T 2.01=，R 200 K 1= R 200 K =?
-150-100 -50 50 实验一 典型环节的模拟研究及阶跃响应分析 1、比例环节 可知比例环节的传递函数为一个常数： 当Kp 分别为0.5，1，2时，输入幅值为1.84的正向阶跃信号，理论上依次输出幅值为0.92，1.84，3.68的反向阶跃信号。实验中，输出信号依次为幅值为0.94，1.88，3.70的反向阶跃信号， 相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%. 在误差允许范围内可认为实际输出满足理论值。 2、 积分环节 积分环节传递函数为： （1）T=0.1(0.033)时，C=1μf (0.33μf )，利用MATLAB ，模拟阶跃信号输入下的输出信号如图： T=0.1 T=0.033 与实验测得波形比较可知，实际与理论值较为吻合，理论上T=0.033时的波形斜率近似为T=0.1时的三倍，实际上为8/2.6=3.08，在误差允许范围内可认为满足理论条件。 3、 惯性环节 i f i o R R U U -=TS 1 CS R 1Z Z U U i i f i 0-=-=-=15 20
惯性环节传递函数为： K = R f /R 1,T = R f C, （1） 保持K = R f /R 1 = 1不变，观测T = 0.1秒，0.01秒（既R 1 = 100K,C = 1μf ， 0.1μf ）时的输出波形。利用matlab 仿真得到理论波形如下： T=0.1时 t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3%,读数误差较大。 K 理论值为1，实验值2.12/2.28， 相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值 较为接近。 T=0.01时 t s （5%）理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为：（40-30）/30=33.3% 由于ts 较小，所以读数时误差较大。 K 理论值为1，实验值2.12/2.28， 相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值较为接近 （2） 保持T = R f C = 0.1s 不变，分别观测K = 1，2时的输出波形。 K=1时波形即为（1）中T0.1时波形 K=2时，利用matlab 仿真得到如下结果： t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3% 读数误差较大 K 理论值为2，实验值4.30/2.28， 1 TS K )s (R )s (C +-=
自动控制原理实验 实验一 典型环节的电模拟及其阶跃响应分析 一、实验目的 ⑴ 熟悉典型环节的电模拟方法。 ⑵ 掌握参数变化对动态性能的影响。 二、实验设备 ⑴ CAE2000系统（主要使用模拟机，模/数转换，微机，打印机等）。 ⑵ 数字万用表。 三、实验内容 １．比例环节的模拟及其阶跃响应 微分方程 )()(t Kr t c -= 传递函数 = )(s G ) () (s R s C K -= 负号表示比例器的反相作用。模拟机排题图如图9-1所示，分别求取K=1，K=2时的阶跃响应曲线，并打印曲线。 图9-1 比例环节排题图 图9-2 积分环节排题图 ２．积分环节的模拟及其阶跃响应 微分方程 )() (t r dt t dc T = 传递函数 s K Ts s G ==1)( 模拟机排题图如图9-2所示，分别求取K=1，K=0.5时的阶跃响应曲线，并打印曲线。 ３．一阶惯性环节的模拟及其阶跃响应 微分方程 )()() (t Kr t c dt t dc T =+ 传递函数 1 )(+=TS K S G 模拟机排题图如图３所示，分别求取K=1, T=1; K=1, T=2; K=2, T=2 时的阶跃
响应曲线，并打印曲线。 ４．二阶系统的模拟及其阶跃响应 微分方程 )()() (2)(2 22 t r t c dt t dc T dt t c d T =++ξ 传递函数 121 )(22++=Ts s T s G ξ2 2 2 2n n n s s ωξωω++= 画出二阶环节模拟机排题图，并分别求取打印： ⑴ T=1，ξ=0.1、0.5、1时的阶跃响应曲线。 ⑵ T=2，ξ=0.5 时的阶跃响应曲线。 四、实验步骤 ⑴ 接通电源，用万用表将输入阶跃信号调整为2V 。 ⑵ 调整相应系数器；按排题图接线，不用的放大器切勿断开反馈回路（接线时，阶跃开关处于关断状态）；将输出信号接至数/模转换通道。 ⑶ 检查接线无误后，开启微机、打印机电源；进入CAE2000软件，组态A/D ，运行实时仿真；开启阶跃输入信号开关，显示、打印曲线。 五．实验预习 ⑴ 一、二阶系统的瞬态响应分析；模拟机的原理及使用方法（见本章附录）。 ⑵ 写出预习报告；画出二阶系统的模拟机排题图；在理论上估计各响应曲线。 六．实验报告 ⑴ 将每个环节的实验曲线分别整理在一个坐标系上，曲线起点在坐标原点上。分析各参数变化对其阶跃响应的影响，与估计的理论曲线进行比较，不符请分析原因。 ⑵ 由二阶环节的实验曲线求得σ﹪、t s 、t p ，与理论值进行比较，并分析σ﹪、t s 、t p 等和T 、ξ的关系。 实验二 随动系统的开环控制、闭环控制及稳定性 一．实验目的 了解开环控制系统、闭环控制系统的实际结构及工作状态；控制系统稳定的概念以及系统开环比例系数与系统稳定性的关系。 二．实验要求 能按实验内容正确连接实验线路，正确使用实验所用测试仪器，在教师指导下独立
自动控制原理实验指导书 王娜编写 电气工程与自动化学院 自动化系 2017年11月 实验一控制系统的时域分析
[实验目的] 1、熟悉并掌握Matlab 操作环境和基本方法，如数据表示、绘图等命令； 2、掌握控制信号的拉氏变换与反变换laplace 和ilaplace ，控制系统生成模型的常用函数命令sys=tf(num,den)，会绘制单位阶跃、脉冲响应曲线； 3、会构造控制系统的传递函数、会利用matlab 函数求取系统闭环特征根； 4、会分析控制系统中n ζω， 对系统阶跃、脉冲响应的影响。 [实验内容及步骤] 1、矩阵运算 a) 构建矩阵：A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8]; 解： >> A=[1 2;3 4] A = 1 2 3 4 >>B=[5 5;7 8] B = 5 5 7 8 b) 已知A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4] ，求矩阵A 的特征值、特征多项式和特征向量. 解：>> A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4]; >> [V ,D]=eig(A) V = 0.4181 -0.4579 - 0.3096i -0.4579 + 0.3096i -0.6044 0.6211 -0.1757 + 0.2740i -0.1757 - 0.2740i 0.0504 0.5524 0.7474 0.7474 -0.2826 0.3665 -0.1592 - 0.0675i -0.1592 + 0.0675i 0.7432 D = 13.0527 0 0 0 0 -4.1671 + 1.9663i 0 0 0 0 -4.1671 - 1.9663i 0 0 0 0 2.1815 >> p=poly(A) p = -6.9000 -77.2600 -86.1300 604.5500 2. 基本绘图命令 a) 绘制余弦曲线y=cos(x)，x ∈[0，2π] 解：>> x=linspace(0,2*pi); >> y=cos(x); >> plot(x,y)
考试科目代码及名称：941自动控制原理二 一、考试基本要求 本考试大纲适用于报考深圳大学控制工程专业的专业学位硕士研究生入学考试。《自动控制原理二》是为招收控制工程专业硕士生而设置的具有选拔功能的水平考试，它的主要目的是测试考生对《自动控制原理》各章节内容的掌握程度。要求考生熟练掌握自动控制理论的基本概念和基本理论，掌握控制系统分析和校正（综合）的基本思想和分析设计方法, 具有较强的逻辑推理能力和分析运算能力。 二、考试内容和考试要求 1 控制系统的数学模型 （1）掌握控制系统数学模型的概念及种类； （2）掌握用微分方程描述系统数学模型的建模方法，了解非线性方程的线性化方法； （3）牢固掌握系统传递函数的概念、定义及和微分方程的关系； （4）牢固掌握典型环节的传递函数，明确常用控制系统的传递函数形式。特别是两种标准形式表示的传递函数（时间常数型和零极点型）； （5）牢固掌握控制系统结构图、信号流图和系统表示方法； （6）掌握由系统微分方程建立系统结构图的方法； （7）熟练应用结构图等效变换和Mason公式求解系统的传递函数。 2 线性系统的时域分析法 （1）牢固掌握控制系统时域指标的概念及定义，熟练掌握一、二阶系统动态品质的计算公式，特别是欠阻尼情况下系统的性能指标计算； （2）牢固掌握控制系统误差的定义及稳态误差的概念；熟练掌握用终值定理求解稳态误差的方法；熟练掌握静态误差系数法；熟悉减小、消除稳态误差的方法； （3）深刻理解稳定性概念及稳定的充要条件，熟练掌握Routh-Hurwitz稳定性判据及其应用； （4）掌握改善系统动态性能及提高系统控制精度的措施。（例如测速反馈控制，比例微分控制，按输入补偿的复合控制，按扰动补偿的复合控制）；
实验一控制系统典型环节的模拟 一、实验目的 (1)学习典型环节的模拟方法。 (2)研究阻、容参数对典型环节阶跃响应的影响。 (3)熟悉超低频扫描示波器的使用方法。 (4)掌握用运放组成控制系统典型环节的电子电路。 (5)测量典型环节的阶跃响应曲线。 (6)通过实验了解典型环节中参数的变化对输出动态性能的影响。 二、实验设备 1．ACS教学实验系统一台。 2．示波器一台。 3．万用表一块。 三、实验线路及原理 以运算放大器为核心元件，由其不同的R-C输入网络和反馈网络组成的各种典型 环节，如图1-1所示。图中Z 1和Z 2 为复数阻抗，它们都是由R、C构成。 基于图中A点的电位为虚地，略去流入运放的电流，则由图1-1得： (1) 图1-1 运放的反馈连接 由上式可求得由下列模拟电路组成典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。 (1)比例环节 比例环节的模拟电路如图1-2所示：
图1-2 比例环节 （2）惯性环节 图1-3、惯性环节 (3)积分环节 式中积分常数T=RC 图1-4积分环节 (4)比例微分环节（PD），其接线图如图及阶跃响应如图1-5所示。
图1-5 比例微分环节 (5)比例积分环节，其接线图单位阶跃响应如图1-6所示。 图1-6 比例积分环节 （6）振荡环节，其接线图单位阶跃响应1-7、图1-8所示。
1-7 振荡环节原理图 1-8 振荡环节接线图
①比例环节 G1(S)=1和G2(S)=2 ②积分环节 G1(S)=1/SG2(S)=1/（0.5S ） ③比例微分环节 G1(S)=2+S 和G2(S)=1+2S ④惯性环节 G1(S)=1/(S+1)和G2(S)=1/(0.5S+1) ⑤比例积分环节（PI ）G （S ）=1+1/S 和G （S ）=2（1+1/2S ） ⑥振荡环节(选做) 10 1.010)(2 21++=++= S S K S S T K s G 五、实验报告 (1)画出六种典型环节的实验电路图，并注明相应的参数。 (2)画出各典型环节的单位阶跃响应波形，并分析参数对响应曲线的影响。 (3)写出实验的心得与体会。
实验一 典型环节的模拟研究及阶跃响应分析 1、比例环节 可知比例环节的传递函数为一个常数： 当Kp 分别为0.5，1，2时，输入幅值为1.84的正向阶跃信号，理论上依次输出幅值为0.92，1.84，3.68的反向阶跃信号。实验中，输出信号依次为幅值为0.94，1.88，3.70的反向阶跃信号， 相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%. 在误差允许范围内可认为实际输出满足理论值。 2、 积分环节 积分环节传递函数为： （1）T=0.1(0.033)时，C=1μf (0.33μf )，利用MATLAB ，模拟阶跃信号输入下的输出信号如图： T=0.1 T=0.033 与实验测得波形比较可知，实际与理论值较为吻合，理论上T=0.033时的波形斜率近似为T=0.1时的三倍，实际上为8/2.6=3.08，在误差允许范围内可认为满足理论条件。 3、 惯性环节 惯性环节传递函数为： i f i o R R U U -=TS 1 CS R 1Z Z U U i i f i 0-=-=-=1 TS K )s (R )s (C +-=
K = R f /R 1,T = R f C, （1） 保持K = R f /R 1 = 1不变，观测T = 0.1秒，0.01秒（既R 1 = 100K,C = 1μf ， 0.1μf ）时的输出波形。利用matlab 仿真得到理论波形如下： T=0.1时 t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3%,读数误差较大。 K 理论值为1，实验值2.12/2.28， 相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值较 为接近。 T=0.01时 t s （5%）理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为：（40-30）/30=33.3% 由于ts 较小，所以读数时误差较大。 K 理论值为1，实验值2.12/2.28， 相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值较为接近 （2） 保持T = R f C = 0.1s 不变，分别观测K = 1，2时的输出波形。 K=1时波形即为（1）中T0.1时波形 K=2时，利用matlab 仿真得到如下结果： t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3% 读数误差较大 K 理论值为2，实验值4.30/2.28， 相对误差为（2-4.30/2.28）/2=5.7% 与理论值较为接近。
2013-2014 学年第1 学期 院别: 控制工程学院 课程名称: 自动控制原理 实验名称: PID控制特性的实验研究实验教室: 6111 指导教师: 小组成员（姓名，学号）: 实验日期：2013 年12 月12 日评分：
三、实验方案设计（含实验参数选择、控制器选择、仿真程序等） 1、比例控制 （1）过阻力 a、取k为3和2 b、控制器选择 c,仿真的程序 k1=14; k2=15; num1=k1; num2=k2; den1=[1 8 k1]; den2=[1 8 k2]; sys1=tf(num1, den1); sys2=tf(num2, den2); t=[0:0.1:10]; step(sys1,t); hold on; step(sys2,t); xlabel('Time(s)') ylabel('step reponse y(t)') 2、临界阻力 a、取k为4 b、控制器选择 c、仿真的程序
k1=16; num1=k1; den1=[1 8 k1]; sys1=tf(num1, den1); t=[0:0.1:10]; step(sys1,t); hold on; xlabel('Time(s)') ylabel('step reponse y(t)') 3、欠阻力 a、k取168和138 b、控制系统选择 c、 仿真的程序 k1=180; k2=150; num1=k1; num2=k2; den1=[1 8 k1]; den2=[1 8 k2]; sys1=tf(num1, den1); sys2=tf(num2, den2); t=[0:0.1:10]; step(sys1,t); hold on; step(sys2,t); xlabel('Time(s)') ylabel('step reponse y(t)') 2、比例积分控制 （1）引入开环零点在被控对象两个极点的左侧 a、取KP为2，KI为16 b、控制器选择
自动控制原理 实验报告 学生： 学号： 班级： 专业：电气工程与自动化 学院：自动化学院
线性系统的频率响应分析 一、实验目的 1．掌握波特图的绘制方法及由波特图来确定系统开环传函。 2．掌握实验方法测量系统的波特图。 二、实验设备 PC机一台，TD-ACC+系列教学实验系统一套。 三、实验原理及内容 （一）实验原理 1．频率特性 当输入正弦信号时，线性系统的稳态响应具有随频率(ω由0变至∞)而变化的特性。频率响应法的基本思想是：尽管控制系统的输入信号不是正弦函数，而是其它形式的周期函数或非周期函数，但是，实际上的周期信号，都能满足狄利克莱条件，可以用富氏级数展开为各种谐波分量；而非周期信号也可以使用富氏积分表示为连续的频谱函数。因此，根据控制系统对正弦输入信号的响应，可推算出系统在任意周期信号或非周期信号作用下的运动情况。 2．线性系统的频率特性 系统的正弦稳态响应具有和正弦输入信号的幅值比Φ（jω）和相位差∠Φ（j ω）随角频率(ω由0变到∞)变化的特性。而幅值比Φ（jω）和相位差∠Φ（j ω）恰好是函数Φ（jω）的模和幅角。所以只要把系统的传递函数Φ（s），令 s = jω，即可得到Φ（jω）。我们把Φ（jω）称为系统的频率特性或频率传递函数。当ω由0到∞变化时，Φ（jω）随频率ω的变化特性成为幅频特性，∠Φ（jω）随频率ω的变化特性称为相频特性。幅频特性和相频特性结合在一起时称为频率特性。 3．频率特性的表达式 (1) 对数频率特性：又称波特图，它包括对数幅频和对数相频两条曲线，是频率响应法中广泛使用的一组曲线。这两组曲线连同它们的坐标组成了对数坐标图。对数频率特性图的优点： ①它把各串联环节幅值的乘除化为加减运算，简化了开环频率特性的计算与作图。 ②利用渐近直线来绘制近似的对数幅频特性曲线，而且对数相频特性曲线具有奇
实验装置介绍 实验一、二阶系统阶跃响应 实验控制系统稳定性分析 实验三系统频率特性分析 实验四线性系统串联校正 实验五MATLAB及仿真实验12
实验装置介绍 自动控制原理实验是自动控制理论课程的一部分，它的任务是：一方面，通过实验使学 生进一步了解和掌握自动控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设计方法；另一方面, 帮助学生学习和提高系统模拟电路的构成和测试技术。 TAP-2型自动控制原理实验系统的基本结构 TAP-2 型控制理论模拟实验装置是一个控制理论的计算机辅助实验系统。如上图所示, TAP-2型控制理论模拟实验由计算机、A/D/A接口板、模拟实验台和打印机组成。计算机负 责实验的控制、实验数据的采集、分析、显示、储存和恢复功能，还可以根据不同的实验产 生各种输出信号；模拟实验台是被控对象，台上共有运算放大器12个，与台上的其他电阻 电容等元器件配合，可组成各种具有不同系统特性的实验对象，台上还有正弦、三角、方波等信号源作为备用信号发生器用；A/D/A板安装在模拟实验台下面的实验箱底板上，它起着 模拟与数字信号之间的转换作用，是计算机与实验台之间必不可少的桥梁；打印机可根据需 要进行连接，对实验数据、图形作硬拷贝。 实验台由12个运算放大器和一些电阻、电容元件组成，可完成自动控制原理的典型环 节阶跃响应、二阶系统阶跃响应、控制系统稳定性分析、系统频率特性测量、连续系统串联 校正、数字PID、状态反馈与状态观测器等相应实验。
实验、二阶系统阶跃响应实验目的 1.学习构成一、二阶系统的模拟电路，了解电路参数对系统特性的影响；研究二阶系统 的两个重要参数：阻尼比口无阻尼自然频率?对动态性能的影响。 2.学习一、二阶系统阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算一、二阶系统的 传递函数。 实验仪器 1.自动控制系统实验箱一台 2.计算机一台 实验原理 模拟实验的基本原理: 控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟一、二阶系统，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟一、二阶系统，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。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。 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。 四、实验内容 构成下述系统的模拟电路，并测量其阶跃响应: 1.一阶系统的模拟电路如图 A/BI