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一、实验目的1. 熟悉并掌握自动控制系统的基本原理和实验方法；2. 理解典型环节的阶跃响应、频率响应等性能指标；3. 培养动手能力和分析问题、解决问题的能力。
二、实验原理自动控制系统是指利用各种自动控制装置，按照预定的规律自动地完成对生产过程或设备运行状态的调节和控制。
本实验主要研究典型环节的阶跃响应和频率响应。
1. 阶跃响应：当系统受到一个阶跃输入信号时，系统输出信号的变化过程称为阶跃响应。
阶跃响应可以反映系统的稳定性、快速性和准确性。
2. 频率响应：频率响应是指系统在正弦输入信号作用下的输出响应。
频率响应可以反映系统的动态性能和抗干扰能力。
三、实验仪器与设备1. 自动控制实验箱；2. 双踪示波器；3. 函数信号发生器；4. 计算器；5. 实验指导书。
四、实验内容与步骤1. 阶跃响应实验（1）搭建实验电路，连接好实验箱和示波器。
（2）输入阶跃信号，观察并记录阶跃响应曲线。
（3）分析阶跃响应曲线，计算系统的超调量、上升时间、调节时间等性能指标。
2. 频率响应实验（1）搭建实验电路，连接好实验箱和示波器。
（2）输入正弦信号，改变频率，观察并记录频率响应曲线。
（3）分析频率响应曲线，计算系统的幅频特性、相频特性等性能指标。
3. 系统校正实验（1）搭建实验电路，连接好实验箱和示波器。
（2）输入阶跃信号，观察并记录未校正系统的阶跃响应曲线。
（3）根据期望的性能指标，设计校正环节，并搭建校正电路。
（4）输入阶跃信号，观察并记录校正后的阶跃响应曲线。
（5）分析校正后的阶跃响应曲线，验证校正效果。
五、实验结果与分析1. 阶跃响应实验（1）实验结果：根据示波器显示的阶跃响应曲线，计算得到系统的超调量为10%，上升时间为0.5s，调节时间为2s。
（2）分析：该系统的稳定性较好，但响应速度较慢，超调量适中。
2. 频率响应实验（1）实验结果：根据示波器显示的频率响应曲线，计算得到系统的幅频特性在0.1Hz到10Hz范围内基本稳定，相频特性在0.1Hz到10Hz范围内变化不大。
本科实验报告实验名称：控制理论基础（实验）实验一：控制系统的模型建立一、实验目的1.掌握利用MATLAB 建立控制系统模型的方法。
2.掌握系统的各种模型表述及相互之间的转换关系。
3. 学习和掌握系统模型连接的等效变换。
二、实验原理1、系统模型的 MATLAB描述系统的模型描述了系统的输入、输出变量以及内部各变量之间的关系，表征一个系统的模型有很多种，如微分方程、传递函数模型、状态空间模型等。
这里主要介绍系统传递函数（TF）模型、零极点增益（ZPK）模型和状态空间（SS）模型的MATLAB 描述方法。
1）传递函数（TF）模型传递函数是描述线性定常系统输入-输出关系的一种最常用的数学模型，其表达式一般为在MATLAB 中，直接使用分子分母多项式的行向量表示系统，即num = [bm, bm-1, … b1, b0]den = [an, an-1, … a1, a0]调用tf 函数可以建立传递函数TF对象模型，调用格式如下：Gtf = tf(num,den)Tfdata 函数可以从TF对象模型中提取分子分母多项式，调用格式如下：[num,den] = tfdata(Gtf) 返回cell 类型的分子分母多项式系数[num,den] = tfdata(Gtf,'v') 返回向量形式的分子分母多项式系数2）零极点增益（ZPK）模型传递函数因式分解后可以写成式中, z1 , z2 , …,zm 称为传递函数的零点， p1,p2,…,pn称为传递函数的极点，k 为传递系数（系统增益）。
在MATLAB 中，直接用[z,p,k]矢量组表示系统，其中z，p，k 分别表示系统的零极点及其增益，即：z=[z1,z2,…,zm];p=[p1,p2,…,pn];k=[k];调用zpk 函数可以创建ZPK 对象模型，调用格式如下：Gzpk = zpk(z,p,k)同样，MATLAB 提供了zpkdata 命令用来提取系统的零极点及其增益，调用格式如下：[z,p,k] = zpkdata(Gzpk) 返回cell 类型的零极点及增益[z,p,k] = zpkdata (Gzpk,’v’) 返回向量形式的零极点及增益函数pzmap 可用于求取系统的零极点或绘制系统得零极点图，调用格式如下：pzmap(G) 在复平面内绘出系统模型的零极点图。
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，1，2时，输入幅值为的正向阶跃信号，理论上依次输出幅值为，，的反向阶跃信号。
实验中，输出信号依次为幅值为，，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：与实验测得波形比较可知，实际与理论值较为吻合，理论上时的波形斜率近似为时的三倍，实际上为，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：K = R f /R 1,T = R f C,（1） 保持K = R f /R 1= 1不变，观测秒，秒〔既R 1 = 100K,C = 1μf ，μf 〕时的输出波形。
利用matlab 仿真得到理论波形如下：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，相对误差为〔〕/2.28=7%与理论值较为接近。
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，相对误差为〔〕/2.28=7%与理论值较为接近（2） 保持T = R f s 不变，分别观测K = 1，2时的输出波形。
K=1时波形即为〔1〕中时波形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， 相对误差为〔〕/2=5.7%if i o R RU U -=1TS K)s (R )s (C +-=与理论值较为接近。
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01T 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=，R200K 1= R200K =⇒系统闭环传递函数为：KS S KS S S W n n n 5552)(2222++=++=ωζωω 其中自然振荡角频率：R1010T K 1n ==ω；阻尼比：40R1025n =ω=ζ 2．典型的三阶系统稳定性分析 (1) 结构框图图3(2) 模拟电路图图4(3) 理论分析系统的开环传函为:)1S 5.0)(1S 1.0(S R 500)S (H )S (G ++=(其中R 500K =)，系统的特征方程为:0K 20S 20S 12S 0)S (H )S (G 123=+++⇒=+。
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y姓名：学号：课程名称：实验名称：实验序号：实验日期：实验室名称：同组人：实验成绩：总成绩：教师评语：教师签字：年月日采用PI 的串联校正、具有微分负反馈的反馈校正实验一、实验目的：1．了解和观测校正装置对系统稳定性及瞬态特性的影响； 2．验证频率法校正是否满足性能要求；3．按给定性能指标，对固有模拟对象运用并联校正对数频率特性的近似作图法，进行反馈校正；4．用实验验证理论计算结果；5． 熟悉期望开环传递函数为典型Ｉ型的参数计算及微分反馈校正调节器的实现。
二、实验要求：1．观测未校正系统的稳定性及瞬态响应；2．观测校正后系统的稳定性极瞬态响应。
三、实验原理、内容及步骤（一）采用PI 的串联校正实验1．原系统的原理方块图 校正前系统的方框图如图1所示图1校正前系统的方框图要求设计PI 串联校正装置，校正时使期望特性开环传递函数为典型II 型并使系统满足下列指标：%25≤pMSt s84.0≤校正网络的传递函数为：CSR CS R s G c 011)(+=校正后系统的方框图如图2所示图2 校正后的方框图2．系统校正前后的模拟电路图图3 系统校正前的模拟电路图图4系统校正后的模拟电路图3.实验内容及步骤（1）测量未校正系统的性能指标。
准备：将模拟电路输入端R(t)与信号源单元（U1 SG）的输出端OUT端相连接；模拟电路的输出端C(t)接至示波器。
步骤：按图3接线；加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量Mp和调整时间Ts，记录曲线及参数。
（2）测量校正后系统的性能指标。
准备：设计校正装置参数；由)1(4.016.0-+=r p M M ，25.0%25==p M ，可得225.1=r M ，464.2)1(5.2)1(5.122=-+-+=r r M M Ks rad t k s c 2.984.014.3*464.2==∏=ω1089.91225.11225.111≈=-+=-+=r r M M h67.11102.9*2121=+=+=h c ωω 7.1610*67.112===h ωω36.152.9*67.11===∂c K ωω)106.0()16.0(36.15)1()1(K 2221++=++=∂s s s s T s s T G 期望)106.0(50+=s s G 原有sC R s C R K s s G G G w 1011)1()16.0(31.0+=+==原有期望校正取545.1110=C R ，其中K R 1000=，则u C 47.61= K C R 7.926.011==2.0545.131.023===w K R R 取R 2=250K ，则有R 3=50K 因此各参数的取值分别为：R 1= 92.7KC=6.47u R 2= 250K R 3=50K步骤：按图4接线，加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量Mp 和调整时间Ts ，看是否达到期望值，若未达到，请仔细检查接线、参数值并适当调节参数值。
自动控制原理实验报告本实验为基于微处理器的温度控制系统的设计与实现。
实验目的是通过实践掌握基于微处理器的控制系统设计和实现方法，了解数字信号处理的基本原理和应用。
本报告将分为实验原理，系统设计，实验步骤，实验结果和结论等几个部分进行详细阐述。
一、实验原理数字信号处理的基本原理是将模拟信号经过采样、量化和编码后转换为数字信号，并在数字领域中对其进行处理。
在本实验中，采用的是基于单片机控制的数字温度控制系统。
该系统的设计要求基于以往的温度控制系统，并具备更过的实用价值和工程性能。
系统的基本原理如下：1.数字信号采样该系统通过传感器来采集温度值，并将其转化为数字信号，实现了数字化控制。
系统在稳态时，通过采用PID控制方法来对温度进行控制。
2.温度控制方法对于本实验中开发的系统，采用的是基于PID控制算法的控制方法。
PID即比例积分微分控制算法，它是一种最常用的控制算法，具备响应速度快、稳态误差小等优点。
PID控制算法的主要原理是，通过比例、积分和微分三个控制系数对输出进行调节，使系统的响应速度更快，而且在稳态时误差非常小。
3.系统设计本实验系统的设计通过单片机的程序控制，主要包含三部分：硬件设计、软件设计和温控系统设计。
二、系统设计1.硬件设计本实验采用的是基于AT89S52单片机的数字温度控制系统，其硬件电路主要包括以下模块：(1)单片机控制器：采用AT89S52单片机；(2)温度传感器：采用DS18B20数字温度传感器；(3)电源模块：采用稳压电源，提供系统所需电压。
2.软件设计本实验采用的是基于C语言开发的程序控制系统，该软件具备以下功能模块：(1)数据采集：通过程序控制读取温度传感器数值；(2)控制算法：实现PID控制算法的程序设计；(3)控制输出：将PID算法结果通过程序输出到负载端。
3.温控系统设计本实验设计的数字温度控制系统，其温控系统设计主要包括以下几个方面：（1）温度检测：系统通过DS18B20数字温度传感器检测环境温度。
自动控制原理实验报告姓名：学号：班级：实验一 一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试一、 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 时的阶跃响应曲线，并测定其过渡过程时间Ts 。
2．建立二阶系统的电子模型，并记录在不同的阻尼比ζ时的阶跃响应曲线，并测定其超调量δ%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其中R1=R2，T=R2·C 其中电阻电容的具体取值见表1-12. 二阶系统系统传递函数为： 模拟运算电路如图1-2所示：图1-2其中R2·C1=1，R3·C2=1，R4/R3=ξ21各元器件具体取值如图1-2所示。
222()()()2n n nC s s R s S S ωζωωΦ==++()()()1C s Ks R s TS Φ==+四、实验数据1.一阶系统1）数据表格（取5%误差带，理论上Ts＝3T）表1-1T/s 0.25 0.5 1 R2(R1)/Ω250k 500k 1MC/μF 1 1 1Ts实测/s 0.74 1.46 2.99Ts理论/s 0.75 1.5 3 阶跃响应曲线图1-3 图1-4 图1-5 2）响应曲线图1-3 (T=0.25)图1-4 (T=0.5)图1-5 (T=1)2. 二阶系统 1)数据表格表1-2说明：（1）0﹤ζ﹤1，为欠阻尼二阶系统,超调量理论计算公式2/1%100%eπζζσ--=⨯(2)取5%误差带，当ζ值较小(0﹤ζ﹤0.7)采用近似公式 进行估算;当ζ值较大(ζ﹥0.7)采用近似公式 7.145.6-=ξsT 进行估算.2)响应曲线图1-6 (ζ=0.25)ζ0.25 0.5 0.7 1.0 /rad/s 1 1 1 1 R 4/M Ω 2.0 1.0 0.7 0.5 C2/μF 1.0 1.0 1.0 1.0 σ%实测 43.77 16.24 4.00 0.02 σ%理论 44.43 16.30 4.600 Ts 实测/s 13.55 5.47 3.03 4.72 Ts 理论/s 14 7 5 4.75 阶跃响应曲线图1-6图1-7图1-8图1-9ns T ξω5.3=图1-7 (ζ=0.5)图1-8 (ζ=0.7)图1-9 (ζ=1)五、 误差分析1. 对一阶系统阶跃响应实验当T=0.25 时， 1.3%%10075.074.0-75.0=⨯=误差。
自动控制原理实验报告(4)时间：2013年6月 日 地点： 实验人（签名）： 同组人：实验结果确认及设备验收（签名）：2013年6月 日1 实验名称：线性系统的频域分析 1) 一阶惯性环节的频率特性曲线 2) 二阶开环系统的频率特性曲线2 实验目的：1) 了解和掌握一阶惯性环节的对数幅频特性)(ωL 和相频特性)(ωϕ，实频特性)Re(ω和虚频特性)Im(ω的计算。
2) 了解和掌握一阶惯性环节的转折频率ω的计算，及惯性时间常数对转折频率的影响。
3) 了解和掌握对数幅频曲线和相频曲线（波德图）、幅相曲线（奈奎斯特图）的构造及绘制方法。
4) 研究表征系统稳定程度的相位裕度γ和幅值穿越频率cω对系统的影响。
5) 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cω的计算。
6) 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。
3 实验内容：一阶惯性环节的频率特性曲线惯性环节的频率特性测试电路见图3-2-1，改变被测系统的各项电路参数，画出其系统模拟电路图，及频率特性曲线，並计算和测量其转折频率，填入实验报告。
一阶惯性环节的转折频率：T/1ω=图3-2-1 惯性环节的频率特性测试电路图3-2-1电路的增益K=1，惯性时间常数T=0.1，转折频率：s/ω=T1rad.0/1=二阶开环系统的频率特性曲线频率特性测试电路如图3-2-2所示，其中惯性环节（A3单元）的R用元件库A11中可变电阻取代。
1．被测系统模拟电路图的构成如图3-2-2所示（同二阶闭环系统频率特性测试构成），测试ω、相位裕度γ。
其幅值穿越频率c2．改变被测系统的各项电路参数，画出其系统模拟电路图，及开环频率特性曲线，並计算ω、相位裕度γ，填入实验报告。
和测量其幅值穿越频率c4 实验步骤：1)根据原理图构造实验电路，检查完好后开电源开始实验。
2)观察和测量输入和输出波形图。
3)将所测得的数据填入实验数据表中。
自动控制原理实验报告姓 名班 级学 号指导教师1自动控制原理实验报告（一）一．实验目的1.了解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。
3.了解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。
4.研究Ⅰ型二阶闭环系统的结构参数--无阻尼振荡频率ωn 、阻尼比ξ对过渡过程的影响。
5.掌握欠阻尼Ⅰ型二阶闭环系统在阶跃信号输入时的动态性能指标σ%、t p 、t s 的计算。
6.观察和分析Ⅰ型二阶闭环系统在欠阻尼、临界阻尼、过阻尼的瞬态响应曲线，及在阶跃信号输入时的动态性能指标σ%、t p 值，并与理论计算值作比对。
二．实验过程与结果1.观察比例环节的阶跃响应曲线1.1模拟电路图1.2传递函数(s)G(s)()o i U K U s == 10R K R =1.3单位阶跃响应U(t)K 1.4实验结果1.5实验截图2342.观察惯性环节的阶跃响应曲线2.1模拟电路图2.2传递函数(s)G(s)()1o i U KU s TS ==+10R K R =1T R C =2.3单位阶跃响应0(t)K(1e)tTU-=-2.4实验结果2.5 实验截图5673.观察积分环节的阶跃响应曲线3.1模拟电路图3.2传递函数(s)1G(s)()TS o i U U s ==i 0T =R C3.3单位阶跃响应01(t)i U t T =3.4 实验结果3.5 实验截图89104.观察比例积分环节的阶跃响应曲线4.1模拟电路图4.2传递函数0(s)1(s)(1)(s)i i U G K U T S ==+10K R R =1i T R C=4.3单位阶跃响应1 (t)(1)U K tT=+ 4.4实验结果4.5实验截图1112135.观察比例微分环节的阶跃响应曲线5.1模拟电路图5.2传递函数0(s)1(s)()(s)1i U TSG K U S τ+==+12312(R )D R R T CR R =++3R C τ=120R R K R +=141233(R //R )R D K R +=0.06D D T K sτ=⨯=5.3单位阶跃响应0(t)()U KT t Kδ=+5.4实验结果截图6.观察比例积分微分（PID ）环节的响应曲线6.1模拟电路图156.2传递函数0(s)(s)(s)p p p d i i K U G K K T S U T S ==++123212(R )C d R R T R R =++i 121(R R )C T =+120p R R K R +=1233(R //R )R D K R +=32R C τ= D D T K τ=⨯6.3单位阶跃响应0(t)()p p D p K U K T t K tTδ=++6.4实验观察结果截图16三．实验心得这个实验，收获最多的一点：就是合作。
自动控制实验报告自动控制实验报告「篇一」一、实验目的1、掌握直流稳压电源的功能、技术指标和使用方法；2、掌握任意波函数新号发生器的功能、技术指标和使用方法；3、掌握四位半数字万用表功能、技术指标和使用方法；4、学会正确选用电压表测量直流、交流电压。
二、实验原理（一）GPD—3303型直流稳压电源主要特点：1、三路独立浮地输出（CH1、CH2、FIXED）2、 CH1、CH2稳压值0―32 V，稳流值0―3。
2A3、两路串联（SER/IEDEP），两路并联（PARA/IEDEP）（二）RIGOL DG1022双通道函数/任意波函数信号发生器主要特点1、双通道输出，可实现通道耦合，通道复制2、输出五种基本波形：正弦波、方波、锯齿波、脉冲波、白噪声，并内置48种任意波形三、实验仪器1、直流稳压电源1台2、数字函数信号发生器1台3、数字万用表1台4、电子技术综合试验箱1台四、实验数据记录与误差分析1、直流电压测量（1）固定电源测量：测量稳压电源固定电压2.5V、3.3V、5V；误差分析：E1=|2.507—2.5|÷2。
5×100%=0.28%E2=|3.318—3。
3|÷3.3×100%=0.55%E3=|5.039—5|÷5×100%=0.78%（2）固定电源测量：测量实验箱的固定电压±5V、±12V、—8V；误差分析：E1=|5.029—5|÷5×100%=0.58%E2=|5.042—5|÷5×100%=0.84%E3=|11.933—12|÷12×100%=0.93%E3=|11.857—12|÷12×100%=0.56%E3=|8.202—8|÷8×100%=2.5%（3）可变电源测量；误差分析：E1=|6.016—6|÷6×100%=0.27%E2=|12.117—12|÷12×100%=0.98% E3=|18.093—18|÷18×100%=0.51%（4）正、负对称电源测量；2、正弦电压（有效值）测量（1）正弦波fs=1kHz；（2）正弦波fs=100kHz；3、实验箱可调直流信号内阻测量4、函数信号发生器内阻（输出电阻）的测量；自动控制实验报告「篇二」尊敬的各位领导、同事：大家好！在过去的一年多里，因为有公司领导的关心和指导，有热心的同事们的努力配合和帮助，所以能较圆满的完成质检部门的前期准备工作和领导交代的其他工作，作为质检专责我的主要工作职责就掌握全厂的工艺，负责全厂的质量工作，审核化验结果，并定期向上级领导做出汇报，编写操作规程并组织实施，编写质量和实验室的管理制度以及实验设备的验收等工作。
