《计算机控制技术》
实验指导书
哈尔滨理工大学
自动化学院自动化系
实验一： D/A 数模转换和A/D 模数转换实验
一、实验目的：
⑴掌握数模转换、模数转换的工作原理。 ⑵熟悉8位D/A 、A/D 、转换的方法。 ⑶熟悉A/D 、D/A 转换的编程方法
二、实验内容
（一） 通过A/D 、D/A 接口板完成8位D/A.转换的实验，转换公式如下:
U O =V REF （27K 7+26K 6+。。。。+20K 0）/28
例如:数字量=01010001，K 7=0，K 6=1，K 5=0，K 41，K 3=0，K 2=0，K 1=0，K 0=1
模拟量U O =V REF （27K 7+26K 6+。。。。+20K 0）/28
=1.0
实验中，根据输入的数字量，D/A 转换为模拟量，其结果经A/D 采集并显示在计算机上。 (1)实验示意图：
(2)、实验步骤
1、将数据通道接口卡上的信号引出孔的DA0口IN0相连；将短路子J1、J2拔掉 1、点击桌面的sac_ccts 图标，即可进入计算机控制实验主界面
2、点击实验选择，选择实验一，出现D/A 转换系统实验主画面，
3、输入数字量后，点击[单步运行]键。计算机在波形显示窗口显示数字量对应的模拟量坐标点，并在参数显示窗口以红色字符显示相应的模拟量的值。并用万用表实测D/A 输出的模拟电压值。
4、改变数字量，重复步骤3。
5、实验结果记录：
（二）通过A/D 、D/A 接口板完成8位A/D.转换的实验，转换公式如下:
数字量=模拟量/2N
V REF 。其中N 是A/D 转换器的位数，V REF 是基准电压
例如：N=8，V REF=5.0V 模拟量=1.0V,则数字量=1.0/5.0×28=51（十进制）
实验中设置的模拟量由D/A转换取得，此模拟量经A/D转换为数字量，并显示在计算机上。
(1)实验示意图：
(2)、实验步骤
1、将数据通道接口卡上的信号引出孔的DA0口IN0相连；将短路子J1、J2拔掉
2、点击桌面的sac_ccts图标，即可进入计算机控制实验主界面
3、点击实验选则，选择实验二，出现A/D转换系统实验主画面，
4、输入模拟量后，点击[单步运行]键。计算机在波形显示窗口显示数字量对应的模拟
量坐标点，并在参数显示窗口以红色字符显示相应的数字量的值。
5、改变模拟量，重复步骤4。
6
实验二：数字PID控制
一、实验目的：
1、研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响；
2、研究采样周期T对系统特性的影的。
3、研究Ⅰ型系统及Ⅱ型系统的稳态误差。
二、实验内容
1、系统结构图如下图
图一
图二
图中 G C(S)= K P(1+Ki/s+KdS) Gh(S)=(1-e-TS)/s
Gp1(S)=(5/((0.5s+1)(0.1s+1)) Gp2(S)=1/(s(0.1s+1)
2、开环系统(被控对象)的模拟电路图Gp1(s)和Gp2(s).
3、被控对象Gp1(s)为"0型"系统，采用PI控制或PID控制，可使系统变为“1型"系统，被控对象Gp2(S)为"1型"系统，采用PI控制或PID控制可使系统变为"2型"系统。
4、当r(t)=1(t)时研究其过渡过程。
5、PI调节及PID调节器的增益。
G C(S)= K P(1+Ki/s+KdS)= K P Ki(1/ Ki)s+1)s=K(TiS+1)/S
式中：K= K P Ki； Ti=1/ Ki
不难看出PI调节器的增益K=KpKi，因此在改变Ki时，同时改变了闭环增益K，如果不想改变K p，则应相应改变Kp。采用PID调节器相同。
6、PID递推算法:如果PID调节器输入信号为e(t)，其输出信号为u(t)，则离散的运推算法
如下:
U k=K p e k+K ie k2+K d(e k -e k-1) 其中：e k是误差累积和。
三、实验步骤
1、将图一所示模拟电路接好，输入端和输出端分别接DAO和INO。
2、点击桌面的sac_ccts图标，即可进入计算机控制实验主界面
3、点击实验选择，选择实验三，出现数字PID实验主画面，
4、设置系统参数：包括参考电压、采样周期、采样点数。设置PID参数：包括Kp、
Ki、Kd。
5、点击[运行]键。计算机在波形显示窗口显示阶跃响应的输出波形
6、改变参数Kp、Ki、Kd的值，重复步骤5。
7、取得满意Kp、Ki、Kd的值。观察稳态误差。
8、连接图二所示模拟电路，重复上述步骤。
实验三：数字滤波器
一、实验目的：
(1)研究数字滤波器对系统稳定性及过渡过程的影响；
(2)熟悉和掌握系统过渡过程的测量方法；
(3)掌握数字滤波器的设计方法；
(4)了解数字滤波器的通带对系统性能的影响。
二、实验内容：
1、需加入串联超前校正的开环系统电路及传递函数
（1）实验电路
(4)数字滤波器的递推公式
模拟滤波器的传递函数： T2S+1
" T2S+1
利用双线性变换得数字滤波器的递推公式：
U k=q0U k-1+q1e k+q2e k-1
其中q0=(T-2T2)/(T+2T2)
q1=(T-2T2)/(T+2T2)
q2=(T-2T2)/(T+2T2)
T=采样周期 T1=超前时间常数 T2=滞后时间常数
2、需加入串联滞后校正的开环系统电路及传递函数
（1）实验电路：
(4)数字滤波器的递推公式
模拟滤波器的传递函数: T2S+1
" T2S+1
利用双变换得数字滤波器的递推公式:
U k=q0U k-1+q1e k+q2e k-1
其中q0=(T-2T2)/(T+2T2) q1=(T-2T2)/(T+2T2) q2=(T-2T2)/(T+2T2)
T=采样周期 T1=超前时间常数 T2=滞后时间常数
三、实验步骤
1、连接运放电路板的电源线(土12V,GND)，并将所示模拟电路接好，输入端和输出端分别
接DAO和INO。
2、运行CCT.EXE,出现主界面菜单，选start进入实验选择菜单，选择实验五。
3、在实验内容菜单上选择"超前校正"，进入超前校正实验。
4、在命令菜单上选择"参数设置"命令，进入参数设置窗口，设置采样周期(单位为ms)，采样点数，输出电压，超前时间常数和滞后时间常数。
5、选择"运行观测"命令，观察响应波形。
6、超前校正实验结束，按ESC返回实验内容菜单。
7、在实验内容菜单上选择"滞后校正"，进入滞后校正实验，并将所示模拟电路接好。
8、重复步骤4、5。
实验四温度控制实验
（综合性实验）
一、实验目的：
(1)熟悉温度控制板的组成及工作原理；
(2)掌握通过程序设计实现温度控制。
二、炉温控制的基本原理
系统结构图如图所示
图中 G C(S)= K P(1+Ki/s+KdS)
Gh(S)=(1-e-TS)/s
Gp(S)=1/(TS+1)
系统的基本工作原理
系统由两大部分组成，第一部分由计算机、总线驱动卡、A/D&D/A础接口板和微机实验平台组成，完成温度信号采集、PID运算、产生控制双向可硅的触发信号;第二部分为炉温控制实验板，完成温度控制及传感器信号放大。
温度检测元件采用热敏电阻Rt，其阻值变化由双臂电桥变换成电压信号，经放大电路为0-5V信号，送A/D转换器(ADC0809)转化为数字信号。系统采用双向可控硅应用过零触发方式，在每个控制周期(与采样周期相等)，控制输入电阻丝的正弦波个数，即控制输入电阻丝平均功率的大小以达到控制温度的目的。第二部分电路原理图见图
5 PID递推算法：
如果PID调节器输入信号为e(t)，其输出信号为u(t)，则离散的递推算法如下:U k=K p
e k+K ie k2+K d(e k -e k-1)其中eK是误差累积和。
三、实验内容
1、设定炉子的温度在一恒定值。
2、调整P、I、D各参数观察有何影响。
四、实验步骤：
1、连接炉温控制板的电源线(土12,GND,+5)，将Rt,RL连至炉体相应插口，
将Vo与INO，CK与P1.0相连。
2、运行CCT.EXE，出现主界面菜单，选start项，进入实验选择菜单，选
择实验七。
3、在命令菜单上选择"参数设置"命令，进入参数设置窗口，设置采样周期
控制温度及Kp,Ki,Kd各参数．
4、选择"运行观测"命令，由计算机完成温度采样计算和输出控制信号并在
波形显示窗口显示系统响应曲线，同时以红色数字将即时温度显示在屏
幕上，按ESC则中止观测。
5、改变参数如，Ki,Kd重复步骤4，观察不同参数时的响应曲线及稳态误
差。
6、取满意的Kp,Ki,Kd并记录实验结果。
注:若运行观测时的初始温度与环境温度不符，应予以调节，方法如下:断开Ck与PCO连线，连续选择"运行观测"命令，调节R0，直至屏幕显示的即时温度达到环境温度为止，按ESC停止，连接Ck与PCO，建议不要随便调节R0。
实验五电机控制实验
一、实验目的：
⑴熟悉直流电机控制板的组成及工作原理；
⑵研究采样周期T 对系统特性的影响
⑶研究电机转速控制系统PID控制器参数的整定方法
⑷了解、掌握直流电机调速控制程序设计方法。
(5)熟悉步进电机控制板的组成及工作原理；
二、实验内容：
（一）直流电机调速实验研究
（二）步进电机控制实验研究
三、实验步骤：
（一）直流电机调速实验
1、控制的基本原理：
（1）系统原理图
（2）系统的基本工作原理
整个电机调速系统由两大部分组成，第一部分由计算机、A/D也D/A接口板、总线驱动卡和凡实验平台组成，主要完成速度采集、PID运算、产生控制电机的控制电压，第二部分由直包机、控制电压功率放大器和光电脉冲电路组成。
电机转速测量原理:光电脉冲的产生由一对红外发射接收管完成，经整形后由m端输出，几每旋转一圈产生6个脉冲，由89C51的定时器T0计数，在每一个采样周期读取T0的计数经计算可得电机的转速。经过PID运算得出0-5V的控制电压，经功率放大后控制直流电机转速。
（3）PID递推算法
如果PID调节器输入信号为e（t），其输出信号为u(t)，则离散的递推算法如下:
U k=K p e k+K i e k2+k d(e k-e k-1)
其中e k2是误差累积和。
2、实验内容：（1）设定电机的速度在一恒定值。
（2）调整采样周期T，观察对系统动态过程的影响。
（3）调整P、I、D各参数，观察对系统动态过程的影响。
3、实验步骤：
(1)连接电机板直流电机面板的电源线(-5V，GND) 并按图[一]连线，拔
掉数据通道接口板的短路子J1、J2。
(2) 运行"计算机控制技术",打开"实验选择"菜单,选择"实验七。
(3)在命令菜单上选择参数设置命令,进入参数设置窗口,设置采样周期，转速
和Kp、Ki、Kd各参数。
(4)选择"运行观测"命令，由计算机完成速度采样，计算和输出控制信号，并
在波形显示窗口显示系统响应曲线，同时以红色数字将及时温度显示在
屏幕上。
(5)设定电机的速度为一恒定值。
(6)改变采样周期T，观察输出的响应曲线。
(7)改变参数Kp、Ki、Kd, 重复步骤4,观察不同参数时的响应曲线及稳态
误差.
(8)取满意的Kp、Ki、Kd，并记录实验结果。
（二）步进电机控制实验
1、步进电机的基本工作原理：
步进电机多为永磁感应式，有两相、四相、六相等多种，实验所用电机为两相四拍式，每步进一步，电机旋转7.5，转一圈电机步进48步。通过对每相线圈的电流的顺序切换来使电机作步进式旋转，驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速: 两相四拍的通电顺序如下表：
循环加载上述分配规律的脉冲可使步进电机步进工作
2、实验原理图：
实验步骤
1、连接电机板步进电机部分的电源线(土12,GND)并按图1连线。
2、运行CCT.exe 出现主界面菜单，选择实验八。此时将步进电机拨至原点。
3、在命令菜单上选择"参数设置"命令，设置旋转方向（1为正向，-l为反向)和终止位置。
4、在命令菜单上选择"模式转换"命令，可进行坐标模式和圆盘模式的转换。
5、在命令菜单上选择."运行N步"命令，步迸电机以当前所在位置为起点，设置的终止位置为终点，按设置的旋转方向旋转一定步数而停止。起动时速度由低至最高(200步/秒)，停止时逐渐减速至零。
6、在命令菜单上选择"连续运行"命令，步进电机以当前所在位置为起点，按设置的旋转方向旋转，起始速度为1步/秒，按"↑"键逐渐加速，按”↓"键逐渐减速，调速范围[1,200], 按"ESC"则停止运行。
7、步进电机旋转过程中，计算机以红色字符将当前位置和即时速度显示在屏幕上。
注:在步骤2选择实验八，电机拨至原点后，有较小偏差属正常现象，可将步进电机固定螺钉调松，调整步进电机位置即可消除偏差,最后将电机固定。
实验报告
说明步进电机的工作原理。
分析实际画出的曲线出现误差的原因。
《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 G 200,1002)(211 212==-=-=- = 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11)(1+= s s G 和1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(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 G 11)(1+=和s s G 211)(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
自动控制原理实验指导书 池州学院 机械与电子工程系
目录 实验一、典型线性环节的模拟 (1) 实验二、二阶系统的阶跃响应 (5) 实验三、根轨迹实验 (7) 实验四、频率特性实验 (10) 实验五、控制系统设计与校正实验 ......................................... 错误！未定义书签。实验六、控制系统设计与校正计算机仿真实验...................... 错误！未定义书签。实验七、采样控制系统实验 ..................................................... 错误！未定义书签。实验八、典型非线性环节模拟 ................................................. 错误！未定义书签。实验九、非线性控制系统分析 ................................................. 错误！未定义书签。实验十、非线性系统的相平面法 ............................................. 错误！未定义书签。
实验一、典型线性环节的模拟 一、实验目的： 1、学习典型线性环节的模拟方法。 2、研究电阻、电容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。 二、实验设备： 1、XMN-2型实验箱； 2、LZ2系列函数记录仪； 3、万用表。 三、实验内容： 1、比例环节： r(t) 方块图模拟电路 图中： i f P R R K= 分别求取R i=1M，R f=510K，（K P=0.5）； R i=1M，R f=1M，（K P=1）； R i=510K，R f=1M，（K P=2）； 时的阶跃响应曲线。 2、积分环节： r(t) 方块图模拟电路图中：T i=R i C f 分别求取R i=1M，C f=1μ，（T i=1s）； R i=1M，C f=4.7μ，（T i=4.7s）；）；
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。
前言 计算机联锁系统采用了最新计算机技术、总线技术、网络技术，实现了一套性能可靠、具有故障安全性、功能完善、操作简单、维护方便的车站联锁系统。本课程的目的是通过本课程的教学使学生计算机联锁的基本知识、基本原理和基本技能，熟悉计算机联锁的使用和 维护，使计算机联锁更加安全可靠地运行，充分发挥其效能。 目 录 前言 实验一 （联锁设计实验1）进路选择实验.......................................... 4 实验二 （联锁设计实验1）进路解锁实验.......................................... 7 实验三 （系统认识实验）进路模拟行车实验 (9) 实验四 （接口电路实验）进路故障模拟及处理实验.............................. 11 实验五 车站联锁维修实验............................................................... 13 参考文献 (15)
前言 车站信号自动控制（联锁）系统是保证行车安全的信号基础设备，必须保证工作可靠，并符合“故障-安全”原则。实现车站联锁的基本功能，完成列车进路建立、锁闭、解锁、道岔控制、信号机控制，完成轨道电路和信号设备状态的监督。通过车站联锁实验的教学使学生掌握联锁系统的基本知识、基本原理和基本技能，熟悉车站联锁系统的使用和维修，使联锁系统更加安全可靠地运行，充分发挥其效能。
实验1 进路选择实验 一、实验目的 1.了解车站联锁车务仿真培训系统，熟悉系统的操作。 2.通过办理进路过程过程，验证各种进路的选路处理过程。 二、实验设备及工作原理 1.实验设备： ⑴PC机E8000 1台 ⑵瘦客户机T5740W 20台 ⑶服务器E8100 2台 ⑷交换机ProCurve 1台 ⑸集群软件Pink E8000 1套 ⑹车站联锁车务仿真培训系统1套 2. 车站联锁车务仿真培训系统的体系结构，如下图1-1所示。 教师机调度集中机 学员机1 学员 机2 学员 机m 学员 机n ··········· 扩展功能 以太网图1-1 车站联锁车务仿真培训系统体系结构图 三、工作原理 本系统把联锁上位机操作平台，底层联锁逻辑和模拟现场设备的状态及变化过程集合到一台计算机上构成学员机，在一台计算机上实现了联锁系统的所有功能。同时结合教学及培训的特点，设置了一台教师机来完成学员操作过程的记录、回放并设置设备故障及行车命令以供考核学员的处理作业的能力。 四、车站站场图 实验用车站站场图，如下图所示。
自控理论实验指导书 录目 . 1 ..…硬件资源………………………………………..……… 4 ..…………………………………..……………软件的使用6 ………………………………………………实验系统部分.. . 6 …………典型环节及其阶跃响应实验一 .. 8 二阶系统阶跃响应……………………实验二 . 10 …. 连续系统串联校正…………………实验三 1 自控理论实验指导书
硬件资源第一章 （可打印机AD/DA采集卡、自动控制原理实验箱、EL-AT-III型实验系统主要由计算机、，其中计算机根据不同的实验分别起信号产生、测量、显示、系统控制和数1选）组成如图据处理的作用，打印机主要记录各种实验数据和结果，实验箱主要构造被控模拟对象。 显示器 实验箱电路卡AD/DA 计算机打印机 1 实验系统构成图 2：实验箱面板如图 实验箱面板图2 下面主要介绍实验箱的构成：系统电源一、系统采用高性能开关电源作为系统的工作电源，其主要技术性能指标为：AC 220V 1．输入电压：12V/0.5A,-12V/0.5A,+5V/2A /电流：＋2．输出电压22W ．3输出功率： 54．工作环境：－℃～＋℃。40 2 自控理论实验指导书 二、 AD/DA采集卡 AD/DA采集卡如图3采用CYGNAL的C8051F410/2芯片做为主控芯片，负责数据采集和USB通信，AD采样位数为12位，采样率最大为10MHz。DA转换位数为12位。 AD/DA采集卡有两路输出（DA1、DA2）和两路输入（AD1、AD2），其输入和输出电压均为－5V～+5V。
图3 AD/DA采集卡 三、实验箱面板 实验箱面板主要由以下几部分构成： 1．实验模块 本实验系统有八组由放大器、电阻、电容组成的实验模块。每个模块中都有一个由UA741构成的放大器和若干个电阻、电容。这样通过对这八个实验模块的灵活组合便可构造出各种型式和阶次的模拟环节和控制系统。 2．二极管，电阻、电容、二极管区 这些区域主要提供实验所需的二极管、电阻和电容。 3．AD/DA卡输入输出模块 该区域是引出AD/DA卡的输入输出端，一共引出两路输出端和两路输入端，分别是DA1、DA2，AD1、AD2。有一个按钮复位，按下一次对AD/DA卡进行一次复位。20针的插座用来和控制对象连接。 4．电源模块 电源模块有一个实验箱电源开关，有四个开关电源提供的DC电源端子，分别是＋12V、-12V、+5V、GND，这些端子给外扩模块提供电源。 5．变阻箱、变容箱模块 变阻箱、变容箱是本实验系统的一个突出特点，只要按动数字旁边的“＋”、“－”按钮便可调节电阻电容的值，而且电阻电容值可以直接读出。 3 自控理论实验指导书
实验报告 课程名称：自动控制原理 实验项目：典型环节的时域相应 实验地点：自动控制实验室 实验日期：2017 年 3 月22 日 指导教师：乔学工 实验一典型环节的时域特性 一、实验目的 1.熟悉并掌握TDN-ACC+设备的使用方法及各典型环节模拟电路的构成方法。
2.熟悉各种典型环节的理想阶跃相应曲线和实际阶跃响应曲线。对比差异，分析原因。 3.了解参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验设备 PC 机一台，TD-ACC+(或TD-ACS)实验系统一套。 三、实验原理及内容 下面列出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．比例环节 (P) (1)方框图 (2)传递函数： K S Ui S Uo =) () ( (3)阶跃响应：) 0()(≥=t K t U O 其中 01/R R K = (4)模拟电路图： (5) 理想与实际阶跃响应对照曲线： ① 取R0 = 200K ；R1 = 100K 。 ② 取R0 = 200K ；R1 = 200K 。
2．积分环节 (I) (1)方框图 (2)传递函数： TS S Ui S Uo 1 )()(= (3)阶跃响应： ) 0(1)(≥= t t T t Uo 其中 C R T 0= (4)模拟电路图 (5) 理想与实际阶跃响应曲线对照： ① 取R0 = 200K ；C = 1uF 。 ② 取R0 = 200K ；C = 2uF 。
1 Uo 0t Ui(t) Uo(t) 理想阶跃响应曲线 0.4s 1 Uo 0t Ui(t) Uo(t) 实测阶跃响应曲线 0.4s 10V 无穷 3．比例积分环节 (PI) (1)方框图： (2)传递函数： (3)阶跃响应： (4)模拟电路图： (5)理想与实际阶跃响应曲线对照： ①取 R0 = R1 = 200K；C = 1uF。 理想阶跃响应曲线实测阶跃响应曲线 ②取 R0=R1=200K；C=2uF。 K 1 + U i(S)+ U o(S) + Uo 10V U o(t) 2 U i(t ) 0 0 .2s t Uo 无穷 U o(t) 2 U i(t ) 0 0 .2s t
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
实验一 MATLAB 及仿真实验（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、预习要点 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.
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)
《自动控制理论》实验指导书
目录 《自动控制原理》实验须知 (3) 一、仪器简介 (3) 二、预习及预习报告 (6) 三、实验及实验报告 (6) 实验一典型环节及其阶跃响应 (7) 实验二控制系统的瞬态响应 (12) 实验三控制系统的稳定性分析 (14) 实验四系统的频率特性测量 (16) 实验五连续系统的串联校正 (19)
《自动控制原理》实验须知 一、仪器简介 本课程实验的仪器主要为爱迪克labACT自控/计控原理教学实验系统。 (一) 构成 labACT自控/计控原理实验机由以下七个模块组成： 1．自动控制原理实验模块 2．计算机控制原理实验模块 3．信号源模块 4．控制对象模块 5．虚拟示波器模块 6．控制对象输入显示模块 7．CPU控制模块 各模块相互交联关系框图见图1-1-1所示： 图1-1-1 各模块相互交联关系框图 自动控制原理实验模块由模拟运算单元及模拟运算扩充库组成，这些模拟运算单元的输入回路和反馈回路上配有多个各种参数的电阻、电容，因此可以完成各种自动控制模拟运算。例如构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例微分环节，PID环节和典型的二阶、三阶系统等。利用本实验机所提供的多种信号源输入到模拟运算单元中去，再使用本实验机提供的虚拟示波器界面可观察和分析各种自动控制实验的响应曲线。 主实验板外形尺寸为35厘米×47厘米，主实验板的布置简图见图1-1-2所示。
根据功能本实验机划分了各种实验区均在主实验板上。实验区组成见表1-1-1。
表1-1-1 实验区组成 (二 1）虚拟示波器的显示方式 为了满足自动控制不同实验的要求我们提供了示波器的四种显示方式。 （1）示波器的时域显示方式 （2）示波器的相平面显示（X-Y）方式 （3）示波器的频率特性显示方式有对数幅频特性显示、对数相频特性显示（伯德图），幅相特性显示方式（奈奎斯特图），时域分析（弧度）显示方式。 (4) 示波器的计算机控制显示方式 2）虚拟示波器的设置 用户可以根据不同的要求选择不同的示波器，具体设置方法如下： (1)示波器的一般用法：运行LABACT程序，选择‘工具’栏中的‘单迹示波器’项或‘双迹示波器’
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。
实验一 典型环节的时域响应 一、实验目的 1、掌握典型环节模拟电路的构成方法、传函及输出时域函数的表达式。 2、掌握各典型环节的特征参数的测量方法。 3、熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。 二、实验设备 Pc 机一台，TD-ACC+教学实验系统一套 三、实验原理及内容 1、比例环节 1）结构框图 图1-1 比例环节的结构框图 2）传递函数 K S R S C =) ()( 3）阶跃响应 K t C =)( )0(≥t 其中 01/R R K = 4）模拟电路 图1-2 比例环节的模拟电路图 注：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100k 电阻。不需再接。
2、积分环节 1）结构框图 图1-3 积分环节的结构框图 2）传递函数 TS S R S C 1 )()(= 3）阶跃响应 t T t C 1 )(= )0(≥t 其中 C R T 0= 4）模拟电路 图1-4 积分的模拟电路图 3、比例积分环节 1）结构框图 图1-5 比例积分环节的结构框图
2）传递函数 TS K S R S C 1)()(+= 3）阶跃响应 t T K t C 1)(+= )0(≥t 其中 01/R R K = ；C R T 0= 4）模拟电路 图1-6 比例积分环节的模拟电路图 4、惯性环节 1）结构框图 图1-7 惯性环节的结构框图 2）传递函数 C(S)R(S)=1TS +1 3）阶跃响应 )1()(/T t e K t C --= 其中 01/R R K = ；C R T 1= 4）模拟电路 图1-8 惯性环节的模拟电路图
四、实验步骤 1、按图1-2比例环节的模拟电路图将线接好。检查无误后开启设备电源。 2、将信号源单元的“ST ”端插针与“S ”端插针用“短路块”。将信号形式开关设在“方波”档，分别调节调幅和调频电位器，使得“OUT ”端输出的方波幅值小于5V ，周期为10s 左右。 3、将方波信号加至比例环节的输入端R （t ），用示波器的“CH1”和“CH2” 表笔分别监测模拟电路的输入R （t ）端和输出C(t)端。记录实验波形及结果。 4、用同样的方法分别得出积分环节、比例积分环节、惯性环节对阶跃信号的实际响应曲线。 5、再将各环节实验参数改为如下： 比例环节： k R 2000=，k R 2001=。 积分环节： k R 2000=，u C 2= ； 比例积分： k R 1000=，k R 2001=，u C 2= ； 惯性环节： k R R 20010==；u C 2= 。 6、 重复步骤3。 五、实验报告要求 1、将各环节的阶跃响应曲线画在实验报告上，标明输入信号的幅值、输出 响应曲线的时间和幅值。分析参数变化对响应曲线的影响。 2、理论计算比例放大倍数K 、积分时间常数T 、惯性时间常数T 的值与实 际测量值进行验证。 六、思考题 1、由运算放大器组成的各种环节的传递函数是在什么条件下推导出的？ 2、实验电路中串联的后一个运放的作用？若没有则其传递函数有什么差 别？ 3、惯性环节在什么条件下可以近似为比例环节？而在什么条件下可以近似为积分环节？
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
自动控制理论 实验指导书 信息工程学院 2005年10月
第一部分 实验要求 1．实验前做好预习。 2．严格按照要求操作实验仪器，用毕恢复原状。 3．接线完成后，由指导教师检查后方可通电。 4．实验完成后，由指导教师检查实验记录、验收仪器后，方可离开。 5．实验报告应包括以下内容： 1） 实验目的； 2） 实验线路； 3） 实验内容； 4） 实验结果（测得的数据、波形等）； 5） 实验结果的分析和讨论。 第二部分 实验 实验一 二阶系统的阶跃响应 一、 实验目的 1．学习二阶系统阶跃响应曲线的实验测试方法； 2．研究二阶系统的两个参数n ωξ,对暂态性能指标的影响。 二、 实验设备 1．XMN-2型模拟仪。 2．超低频示波器。 3．万用表。 三、 实验内容 典型二阶系统的框图如图1所示： 图1 二阶系统框图 其闭环传递函数为： 2 222)() (n n n s s s X s Y ωξωω++= 用图2所示电路可模拟二阶系统。其中4个运算放大器分别构成如下环节：
)(t x 图2 用运算放大器构建的二阶系统 . , )(;1)(; ,1)()(6921i f op op op op R R K K s G s G RC T Ts s G s G =-=-==-== 上式中op1、op2、op6、op9分别和模拟仪的运放单元相对应。无阻尼自然振荡角频率、阻尼比与时间常数T 、比例系数K 满足下列关系： 2 );/(1 K s rad T n = = ξω 1． 无阻尼自然振荡角频率n ω保持不变，改变阻尼比ξ，输入单位阶跃信号 V t t x )(1)(=，观察和记录响应曲线)(t y 和最大超调量p M 、调整时间s t 的变化。 1）取K R C M R f 40,0.1,1===μ，使s T K 1,4.0==，可得2.0,1==ξωn 。 2）令K R f 80=，其他参数不变，此时s T K 1,8.0==，4.0,1==ξωn 。 3）令K R f 200=，其他参数不变，此时s T K 1,2==，1,1==ξωn 。 2． 阻尼比ξ保持不变，改变无阻尼自然振荡角频率n ω，输入单位阶跃信号 V t t x )(1)(=，观察和记录响应曲线)(t y 和最大超调量p M 、调整时间s t 的变化（与 上述第一组参数下的结果比较）。 取K R C M R f 40,47.0,1===μ，使s T K 47.0,4.0==，可得12.2=n ω， 2.0=ξ。 3．将以上四组测量结果列表给出，并和最大超调量p M 、调整时间s t 的理论值相比较。 四、 思考题 1．推导图2所示电路的闭环传递函数，并确定n ω、ξ和i f R R C R ,,,的关系。 2．该电路的输出的稳态值是否等于阶跃输入信号的幅值？为什么？
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）。
前言 自动控制原理是自动化、自动控制、电子电气技术等专业教学中的一门重要专业基础课程。它可以处理时变、非线性以及多输入、多输出等复杂的控制系统等问题。本套EL-AT-III型自动控制实验系统克服了以前做自动控制理论实验时，连线复杂，连接不稳定的缺点，通过对单元电路的灵活组合，可构造出各种型式和阶次的模拟环节和控制系统。可以使学生把主要精力集中在系统电路和系统特性的研究上。 本系统采用DA/AD卡通过USB口和计算机连接实现信号源信号的输出和系统响应信号的采集，采集后的信号通过计算机显示屏显示，省去了外接信号源和示波器测量相应信号的麻烦。EL-AT-III型自动控制实验系统支持自动控制理论课的所有实验，通过这套仪器可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，学习和掌握系统模拟电路的构成和测试技术，提高应用计算机的能力和水平。 本书分为三章，第一章为EL-AT-III型实验箱硬件资源，主要介绍实验箱的硬件组成和系统单元电路。第二章为系统集成操作软件，主要介绍系统软件的安装，操作以及计算机和实验箱的通讯设置。第三章为实验系统部分，主要介绍各个实验的电路组成，原理和实验步骤。另外，在附录部分由部分实验的说明和参考结果。
目录 第一章硬件资源 (2) 第二章软件安装及使用 (5) 第三章实验系统部分 (11) 实验一典型环节及其阶跃响应 (12) 实验二二阶系统阶跃响应 (17) 实验三控制系统的稳定性分析 (21) 实验四系统频率特性测量 (24) 实验五连续系统串联校正 (30) 实验六数字PID控制 (35) 实验七采样实验 (38)
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① 比例环节 相应的SIMULINK仿真模型及其单位阶跃响应波形如图所示。相应的SIMULINK仿真模型及其单位阶跃响应波形如图所示。 分析知： 1、比例环节是一条平行于实轴的直线。 2、比例系数越大，越远离实轴。 ② 惯性环节 相应的SIMULINK仿真模型及其单位阶跃响应波形如图所示。 相应的SIMULINK仿真模型及其单位阶跃响应波形如图所示。 分析知： 惯性环节s因子系数越小，系统越快速趋于稳定。 ③ 积分环节 相应的SIMULINK仿真模型及其单位阶跃响应波形如图所示。 ④ 微分环节 相应的SIMULINK仿真模型及其单位阶跃响应波形如图所示。 分析知： 积分环节先趋于稳定，后开始开始不稳定。 微分环节开始稳定中间突变而后又趋于稳定。 ⑤ 比例+微分环节（PD）
自动控制原理实验报告 学院： 班级： 姓名： 学号：
西安交通大学实验报告 课程自动控制原理实验日期2014 年12月22 日专业班号交报告日期 2014 年 12月27日姓名学号 实验五直流电机转速控制系统设计 一、实验设备 1.硬件平台——NI ELVIS 2.软件工具——LabVIEW 二、实验任务 1.使用NI ELVIS可变电源提供的电源能力，驱动直流马达旋转，并通过改变电压改变 其运行速度； 2.通过光电开关测量马达转速； 3.通过编程将可变电源所控制的马达和转速计整合在一起，基于计算机实现一个转速自 动控制系统。 三、实验步骤 任务一：通过可变电源控制马达旋转 任务二：通过光电开关测量马达转速 任务三：通过程序自动调整电源电压，从而逼近设定转速
编程思路：PID控制器输入SP为期望转速输出，PV为实际测量得到的电机转速，MV为PID输出控制电压。其中SP由前面板输入；PV通过光电开关测量马达转速得到；将PID 的输出控制电压接到“可变电源控制马达旋转”模块的电压输入控制端，控制可变电源产生所需的直流电机控制电压。通过不断地检测马达转速与期望值对比产生偏差，通过PID控制器产生控制信号，达到直流电机转速的负反馈控制。 PID参数：比例增益：0.0023 积分时间：0.010 微分时间：0.006 采样率和待读取采样：采样率：500kS/s 待读取采样：500 启动死区：电机刚上电时，速度为0，脉冲周期测量为0，脉冲频率测量为无限大。通过设定转速的“虚拟下限”解决。本实验电机转速最大为600r/min。故可将其上限值设为600r/min，超过上限时，转速的虚拟下限设为200r/min。 改进：利用LabVIEW中的移位寄存器对转速测量值取滑动平均。
自动控制理论实验指导书 目录 实验一典型环节与典型系统的模拟 (1) 实验二二阶系统阶跃响应特性 (6) 实验三自动控制系统稳定性实验 (10) 实验四线性系统动态特性的研究 (12) 实验五自动控制系统静态误差实验 (13) 实验六控制系统的品质及校正装置的应用（设计性） (15) 实验七控制系统频率特性仿真研究 (17) 实验八非线性系统运动特性的研究 (18) 实验九非线性系统的计算机仿真 (20) 附录 KJ82-3型自动控制系统模拟机可做模拟运算电路举例 (21)
实验一 典型环节与典型系统的模拟 一．实验目的 1.观察典型环节阶跃响应曲线，定性了解参数变化对典型环节动特性的影响； 2.观测不同阶数线性系统对阶跃输入信号的瞬态响应，了解参数变化对它的影响。 二．实验设备和仪器 1.KJ82-3型自动控制系统模拟机一台 2.Tektronix TDS 1002数字存储示波器一台 3.万用表一块 三．实验内容及步骤 （一）典型环节的阶跃响应 1.实验步骤： （1）开启电源前先将所有运算放大器接成比例状态，拔去不用的导线。 （2）闭合电源后检查供电是否正常。分别将各运算放大器调零，并用示波器观察调整好方波信号。 （3）断开电源后按图接好线，由信号源引出方波信号接到各环节输入端。 （4）闭合电源，调节有关旋钮，观察阶跃响应波形，并利用表1.1-1.6记录之。 2.实验内容： （1）比例调节器 U s c A 1 100K 50K W 表1.1 （2 U s c A 1 100K C
改变C 时保护输入信号不变 表1.2 sc U A 1 100K 50K R C 表1.3 U s c K 5K 1μ0K 50A 5 R 0 10 表1.4