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《自动控制原理》实验指导书梅雪罗益民袁启昌许必熙南京工业大学自动化学院目录实验一典型环节的模拟研究--------------------------1 实验二典型系统时域响应和稳定性-------------------10 实验三应用MATLAB进行控制系统根轨迹分析----------15 实验四应用MATLAB进行控制系统频域分析------------17 实验五控制系统校正装置设计与仿真-----------------19 实验六线性系统校正-------------------------------22 实验七线性系统的频率响应分析---------------------26 附录：TDN—ACP自动控制原理教学实验箱简介----------31实验一 典型环节的模拟研究一． 实验目的1．熟悉并掌握TD-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响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)A 方框图：如图1.1-1所示。
图1.1-1B 传递函数：K S Ui S Uo =)()( C 阶跃响应：)0()(≥=t Kt U O 其中 01/R R K =D 模拟电路图：如图1.1-2所示。
图1.1-2注意：图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100K 的电阻，实验中不需要再接。
以后的实验中用到的运放也如此。
E 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)A ．方框图：如右图1.1-3所示。
图1.1-3B ．传递函数：TSS Ui S Uo 1)()(=C ．阶跃响应： )0(1)(≥=t t Tt Uo 其中 C R T 0=D ．模拟电路图：如图1.1-4所示。
⾃动控制原理实验指导书⽬录第⼀章⾃动控制原理实验 (1)实验⼀典型环节模拟⽅法及动态特性 (1)实验⼆典型⼆阶系统的动态特性 (4)实验三典型调节规律的模拟电路设计及动态特性测试 (6)实验四调节系统的稳态误差分析 (8)实验五三阶系统模拟电路设计及动态特性和稳定性分析 (11)实验六单回路系统中的PI调节器参数改变对系统稳定性影响 (13)实验七典型⾮线性环节的模拟⽅法 (15)实验⼋线性系统的相平⾯分析 (17)第⼆章控制理论实验箱及DS3042M（40M）⽰波器简介 (19)第⼀节⾃动控制理论实验箱的简介 (19)第⼆节数字存储⽰波器简介 (20)第⼀章⾃动控制原理实验实验⼀典型环节模拟⽅法及动态特性⼀、实验⽬的1、掌握⽐例、积分、实际微分及惯性环节的模拟⽅法。
2、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性。
⼆、实验设备及器材配置1、⾃动控制理论实验系统。
2、数字存储⽰波器。
3、数字万⽤表。
4、各种长度联接导线。
三、实验内容分别模拟⽐例环节、积分环节、实际微分环节、惯性环节，输⼊阶跃信号，观察变化情况。
1、⽐例环节实验模拟电路见图1-1所⽰传递函数：K R R V V I -=-=120阶跃输⼊信号：2V实验参数：（1） R 1=100K R 2=100K（2） R 1=100K R 2=200K2、积分环节实验模拟电路见图1-2所⽰传递函数：ST V V I I O 1-= ，其中T I阶跃输⼊信号：2V 实验参数：（1） R=100K C=1µf（2） R=100K C=2µf 3、实际微分环节实验模拟电路见图1-3所⽰传递函数：K ST S T V V D D I O +-=1 其中 T D =R 1C K=12R R 阶跃输⼊信号：2V实验参数：（1） R 1=100K R 2=100K （2）R 1=100K R 2=200K C=1µf4、惯性环节实验模拟电路见图1-4所⽰传递函数：1+-=TS K V V I O 其中 T=R 2C K=12R R 阶跃输⼊：2V 实验参数：（1） R 1=100K R 2=100K C=1µf（2） R=100K R 2=100K C=2µfR四、实验步骤1、熟悉实验设备并在实验设备上分别联接各种典型环节。
自动控制原理实验目录实验一二阶系统阶跃响应（验证性实验） (1)实验三控制系统的稳定性分析（验证性实验） (9)实验三系统稳态误差分析（综合性实验） (15)预备实验典型环节及其阶跃响应一、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的影响。
2.学习典型环节阶跃响应测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节传递函数。
二、实验内容搭建下述典型环节的模拟电路，并测量其阶跃响应。
1.比例(P)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-1。
2.惯性(T)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-2。
3.积分(I)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-3。
4. 比例积分(PI)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-4。
5.比例微分(PD)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-5。
6.比例积分微分(PID)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-6。
三、实验报告1.画出惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例积分微分环节的模拟电路图，用坐标纸画出所记录的各环节的阶跃响应曲线。
2.由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由模拟电路计算的结果相比较。
附1：预备实验典型环节及其阶跃响应效果参考图比例环节阶跃响应惯性环节阶跃响应积分环节阶跃响应比例积分环节阶跃响应比例微分环节阶跃响应比例积分微分环节阶跃响应附2：由模拟电路推导传递函数的参考方法1． 惯性环节令输入信号为U 1(s) 输出信号为U 2(s) 根据模电中虚短和虚断的概念列出公式：整理得进一步简化可以得到如果令R 2/R 1=K ，R 2C=T ，则系统的传递函数可写成下面的形式：()1KG s TS =-+当输入r(t)为单位脉冲函数时 则有输入U 1(s)=1输出U 2(s)=G(s)U 1(s)= 1KTS-+由拉氏反变换可得到单位脉冲响应如下：/(),0t TK k t e t T-=-≥ 当输入r(t)为单位阶跃函数时 则有输入U 1(s)=1/s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)= 11K TS s-+由拉氏反变换可得到单位阶跃响应如下：/()(1),0t T h t K e t -=--≥当输入r(t)为单位斜坡函数时 则有输入U 1(s)=21s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=2323R R C T R R =+2Cs12Cs-(s)U R10-(s)U 21R R +-=12212)Cs (Cs 1(s)U (s)U )(G R R R s +-==12212)Cs 1((s)U (s)U )(G R R R s +-==由拉氏反变换可得到单位斜坡响应如下：/()(1),0t T c t Kt KT e t -=--≥2． 比例微分环节令输入信号为U 1(s) 输出信号为U 2(s) 根据模电中虚短和虚断的概念列出公式：(s)(s)(s)(s)(s)U100-U U 0U 2=1R1R23(4)CSU R R '''---=++由前一个等式得到 ()1()2/1U s U s R R '=- 带入方程组中消去()U s '可得1()1()2/11()2/12()1134U s U s R R U s R R U s R R R CS+=--+由于14R C〈〈，则可将R4忽略，则可将两边化简得到传递函数如下： 2()23232323()(1)1()11123U s R R R R R R R R G s CS CS U s R R R R R ++==--=-++如果令K=231R R R +， T=2323R R C R R +，则系统的传递函数可写成下面的形式：()(1)G s K TS =-+当输入r(t)为单位脉冲函数时，单位脉冲响应不稳定，讨论起来无意义 当输入r(t)为单位阶跃函数时 则有输入U 1(s)=1/s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=(1)K TS S-+由拉氏反变换可得到单位阶跃响应如下：()(),0h t KT t K t δ=+≥当输入r(t)为单位斜坡函数时 则有输入U 1(s)=21s输出U 2(s)=G(s)U 1(s)=2(1)K TS S -+由拉氏反变换可得到单位斜坡响应如下：(),0c t Kt KT t =+≥实验一 二阶系统阶跃响应（验证性实验）一、实验目的研究二阶系统的两个重要参数阻尼比ξ和无阻尼自然频率n ω对系统动态性能的影响。
目录实验装置简介·························································（3-4·）实验一控制系统典型环节的模拟·················（5-6）实验二一阶系统的时域响应及参数测定·····（6-7）实验三二阶系统的瞬态响应分析·················（8-9）实验四频率特性的测试·······························（9-13）实验五PID控制器的动态特性······················（13-15）实验六典型非线性环节·································（15-18）实验七控制系统的动态校正（设计性实验）··（19）备注：本实验指导书适用于自动化、电子、机设等专业，各专业可以根据实验大纲选做实验。
自动控制原理实验指导书信息工程学院自动化教研室目录目录...................................................... 错误！未定义书签。
第一章虚拟示波器........................................... 错误！未定义书签。
第一节虚拟示波器的类型................................. 错误！未定义书签。
第二节虚拟示波器的使用................................. 错误！未定义书签。
第二章自动控制原理实验..................................... 错误！未定义书签。
实验一典型环节的模拟研究............................... 错误！未定义书签。
实验二典型二阶系统瞬态响应和稳定性 (12)实验三控制系统的频率特性 (15)实验四系统校正 (20)实验五典型非线性环节 (24)附录一 LCAACT集成调试环境 (31)第一节 LCAACT软件界面介绍 (31)第二节第二节 88串行监控命令 (43)第三节 LCAACT软件调试 (46)第四节快速入门 (48)第一章虚拟示波器第一节虚拟示波器的类型虚拟示波器的类型为了满足自动控制不同实验的要求我们提供了示波器的三种使用方法。
（1）示波器的一般用法（2）幅频相频示波器的用法（3）特征曲线的用法第二节虚拟示波器的使用一．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LCAACT程序，点击开始即可当作一般的示波器使用。
2. 实验使用：运行LCAACT程序，选择‘自动控制 / 微机控制 / 控制系统’菜单下的相应实验项目，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1、CH2测孔测量波形。
⾃动控制原理（实验指导书）⽬录实验⼀典型环节的模拟研究（验证型）（2）实验⼆典型系统的瞬态响应和稳定性（设计型）（9）实验三动态系统的数值模拟（验证型）（15）实验三动态系统的频率特性研究（综合型）（16）实验四动态系统的校正研究（设计型）（18）附录XMN—2学习机使⽤⽅法简介（20）实验⼀典型环节的模拟研究⼀、实验⽬的:1、了解并掌握XMN-2型《⾃动控制原理》学习机的使⽤⽅法，掌握典型环节模拟电路的构成⽅法，培养学⽣实验技能。
2、熟悉各种典型线性环节的阶跃响应曲线。
3、了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
⼆、实验设备Uo(S)=（K+TS 1）S1?)1()()(21210210CS R R RR R R R S U S U i +++≈（1-19）⽐较式(1-17)和(1-19)得K=21R R R +T=C R R R R ?+2121 （1-20）当输⼊为单位阶跃信号,即Ui(t)=1(t)时,Ui(S)=1/S 。
则由式（1-17）得到111)()(23111022100210++?+++=S C R S C R C R C R S C R R R R S U S U i (1-24) 考虑到R 1》R 2》R 3，则式（1-24）可近似为S C R R R S C R R R S U S U i 2021100101)()(++≈（1-25）⽐较式(1-23)和(1-25)得K P =1R R ， T 1=R 0C 1T D =2021C R R R ? （1-26）当输⼊为单位阶跃信号,即Ui(t)=1(t)时,Ui(S)=1/S 。
则由式（1-23）得到U o (S)=（K P +ST 11+T D S ）S 1?五、实验报告要求：1、实验前计算确定典型环节模拟电路的元件参数各⼀组，并推导环节传递函数参数与模拟电路电阻、电容值的关系以及画出理想阶跃响应曲线。
2、实验观测记录。
目录实验一控制系统典型环节的模拟 (1)实验二二阶系统的瞬态响应分析 (4)实验三线性系统稳态误差的研究 (6)实验四线性系统的频率特性的测试 (9)实验五自动控制系统的动态校正 (10)实验六典型非线性环节的静态特性 (14)实验七非线性系统的描述函数法 (19)实验八非线性系统的相平面分析法 (25)实验九控制系统极点的任意配置 (30)实验十具有内部模型的状态反馈控制系统 (36)实验十一状态观测器及其应用 (41)实验十二采样控制系统的分析 (44)实验十三采样控制系统的动态校正 (47)实验一 控制系统典型环节的模拟 一、 实验目的 1、掌握用运放组成控制系统典型环节的电子电路2、测量典型环节的阶跃响应曲线3、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、 实验仪器1、自控原理电子模拟实验箱一台2、电脑一台（虚拟示波器）3、万用表一只三、 实验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Z1和Z2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： 120)(Z Z U U s G i =-= (1) 由上式可求得由下列模拟电路组成的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1-1、运放的反馈连接 1212)(R R Z Z s G == (2)图1-2 比例环节取参考值K R 1001=，K R 2002=；或其它的阻值。
2、惯性环节惯性环节的模拟电路如图1-3所示：111/1/)(21212212+=+•=+==TS K CS R R R R CS R CSR Z Z s G (3)图1-3 惯性环节取参考值K R 1001=，K R 1002=，uF C 1=。
3、积分环节积分环节的模拟电路如图1-4所示：TSRCS R CS Z Z s G 111)(12==== (4)图1-4 积分环节取参考值K R 200=，uF C 1=。
《自动控制原理》实验指导书31000字实验一、开关量控制与监测实验目的：掌握开关量控制与监测的基本原理及方法。
实验器材：PC机、PLC编程软件、PLC编程器、PLC实验箱、直流电源、继电器、开关。
实验内容：1. 使用PLC编程软件进行PLC的程序编写。
2. 使用直流电源作为控制电源，将继电器与开关连接，利用PLC实现开关量控制和监测。
实验步骤：1. 利用PLC编程软件进行PLC的程序编写。
2. 将直流电源的正极与继电器的常闭端相连，继电器的常开端与开关相连。
3. 将开关的另一端与PLC的输入端相连，PLC的输出端与继电器的控制端相连。
4. 将直流电源的负极与PLC实验箱的接地端相连。
5. 将PLC编程器连接到PC机上，将编写好的程序下载到PLC实验箱中。
6. 按下开关，观察继电器的输出，检查程序的正确性。
实验结果：1. 开关按下，PLC输出信号，继电器吸合。
2. 开关松开，PLC输出信号，继电器断开。
实验二、模拟量采集和控制实验目的：掌握模拟量采集和控制的基本原理及方法。
实验器材：PC机、PLC编程软件、PLC编程器、PLC实验箱、直流电源、电位器、LED灯。
实验内容：1. 使用PLC编程软件进行PLC的程序编写。
2. 使用电位器作为模拟量输入信号源，利用PLC采集电位器的模拟量信号，并控制LED灯的亮度。
实验步骤：1. 利用PLC编程软件进行PLC的程序编写。
2. 将电位器的信号通过模拟量转换模块输入到PLC的模拟量输入端。
3. 利用PLC的模拟量比较指令，将电位器的模拟量信号转换成数字量信号。
4. 根据数字量输出信号的状态，控制LED灯的亮度。
5. 将直流电源的负极与PLC实验箱的接地端相连。
6. 将PLC编程器连接到PC机上，将编写好的程序下载到PLC实验箱中。
7. 调节电位器，观察LED灯的亮度变化。
实验结果：1. 电位器调整时，模拟量输入信号发生变化。
2. 根据模拟量输入信号的大小，PLC输出数字量信号，控制LED灯的亮度。
目录第一章自动控制原理实验 (3)1.1线性系统的时域分析 (3)1.1.1典型环节的模拟研究 (3)1.1.1.1比例环节 (3)1.1.1.2惯性环节 (3)1.1.1.3积分环节 (4)1.1.1.4比例积分环节 (4)1.1.1.5比例微分环节 (5)1.1.1.6 PID（比例积分微分）环节 (5)1.1.2二阶系统瞬态响应和稳定性 (6)1.1.3三阶系统的瞬态响应和稳定性 (7)1.2线性系统的频域分析 (8)1.2.1一阶惯性环节的频率特性曲线 (8)1.2.2二阶闭环系统的频率特性曲线 (8)1.2.3二阶开环系统的频率特性曲线 (9)1.3线性系统的校正与状态反馈 (10)1.3.1频域法串联超前校正 (10)1.3.2频域法串联迟后校正 (13)1.3.3时域法串联比例微分校正 (16)1.3.4时域法局部比例反馈校正 (18)1.3.5时域法微分反馈校正 (19)1.3.6线性系统的状态反馈及极点配置 (21)1.4非线性系统的相平面分析 (22)1.4.1典型非线性环节 (22)1.4.1.1 测量继电特性 (22)1.4.1.2 测量饱和特性 (23)1.4.1.3 测量死区特性 (23)1.4.1.4 测量间隙特性 (24)1.4.2二阶非线性控制系统 (24)1.4.2.1 继电型非线性控制系统 (24)1.4.2.2 饱和型非线性控制系统 (25)1.4.2.3 间隙型非线性控制系统 (25)1.4.3三阶非线性控制系统 (26)1.4.3.1 继电型非线性三阶控制系统 (26)1.4.3.2 饱和型非线性三阶控制系统 (27)第二章计算机控制技术实验 (28)2.1采样与保持 (28)2.1.1采样实验 (28)2.1.2采样控制 (28)2.2微分与数字滤波 (29)2.2.1一阶微分反馈控制 (29)2.2.2四点微分均值反馈控制 (30)2.2.3模拟一阶惯性数字滤波 (30)2.2.4四点加权平均数字滤波 (31)2.3数字PID控制 (31)2.3.1被控对象辨识 (34)2.3.1.1 对象开环辨识 (34)2.3.1.2 对象闭环辨识 (34)2.3.2二阶PID控制 (35)2.3.2.1 位置型PID控制 (35)2.3.2.2 增量型PID控制 (35)2.3.2.3 积分分离PID控制 (36)2.3.2.4 带死区PID控制 (37)2.3.2.5 Ⅰ型位置型PID控制 (37)2.3.2.6 Ⅰ型增量型PID控制 (38)2.3.2.7 带有延迟对象PID控制 (38)2.3.3三阶PID控制 (39)2.3.3.1 位置型PID控制 (39)2.3.3.2 Ⅰ型位置型PID控制 (40)2.3.3.3 Ⅰ型增量型PID控制 (40)2.3.4串级控制 (41)2.3.4.1 二阶串级PID控制 (42)2.3.4.2 三阶串级PID控制 (43)2.3.5比值控制 (43)2.3.5.1 单闭环比值PID控制 (44)2.3.5.2 双闭环比值PID控制 (45)2.3.6前馈-反馈控制 (45)2.3.6.1 静态前馈-反馈PID控制 (46)2.3.6.2 动态前馈-反馈PID控制 (47)2.3.7解耦控制 (47)2.3.7.1 静态前馈补偿解耦PID控制 (48)2.3.7.2 动态前馈补偿解耦PID控制 (51)2.4二阶位式控制 (51)2.5直接数字控制实验 (52)2.5.1大林算法控制 (52)2.5.1.1 大林算法控制（L=2） (53)2.5.1.2 消除振铃大林算法控制（L=2） (54)2.5.2最少拍控制 (54)2.5.2.1最少拍有纹波控制系统 (55)2.5.2.2最少拍无纹波控制系统 (56)第三章控制系统应用实验 (57)3.1直流电机PID控制 (57)3.2温度PID控制 (58)3.3温度PWM方式PID控制 (58)3.4温度位式控制 (59)3.5烤箱PWM方式PID控制 (60)3.6步进电机控制 (61)附录：验机与随机附件清单 (62)第一章 自动控制原理实验1.1 线性系统的时域分析1.1.1典型环节的模拟研究1.1.1.1比例环节典型比例环节模拟电路如图1-1-1所示。
实验一二阶系统阶跃响应一、实验目的1．研究二阶系统的特征参数，阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn对系统动态性能的影响。
定量分析ζ和ωn 与最大超调量Mp和调节时间tS之间的关系。
2．进一步学习实验系统的使用方法3．学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。
二、实验仪器1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台2．PC计算机一台三、实验原理1．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各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，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。
2．域性能指标的测量方法：超调量Ó%：1)启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。
2)测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。
如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。
3)连接被测量典型环节的模拟电路。
电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。
检查无误后接通电源。
4)在实验课题下拉菜单中选择实验二[二阶系统阶跃响应] 。
5)鼠标单击实验课题弹出实验课题参数窗口。
在参数设置窗口中设置相应的实验参数后鼠标单击确认等待屏幕的显示区显示实验结果。
6)利用软件上的游标测量响应曲线上的最大值和稳态值，带入下式算出超调量：YMAX - Y∞Ó%=——————×100% Y∞TP 与TP：利用软件的游标测量水平方向上从零到达最大值与从零到达95%稳态值所需的时间值，便可得到TP 与TP。
四、实验内容典型二阶系统的闭环传递函数为ω2nϕ（S）= （1）s2＋2ζωn s＋ω2n其中ζ和ωn对系统的动态品质有决定的影响。
构成图2-1典型二阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应：图2-1 二阶系统模拟电路图电路的结构图如图2-2：图2-2 二阶系统结构图系统闭环传递函数为（2）式中 T=RC，K=R2/R1。
比较（1）、（2）二式，可得=1/T=1/RCωnζ=K/2=R2/2R1 （3）由（3）式可知，改变比值R2/R1，可以改变二阶系统的阻尼比。
改变RC值可。
以改变无阻尼自然频率ωn今取R1=200K，R2=100KΩ和200KΩ，可得实验所需的阻尼比。
电阻R取100KΩ，电容C分别取1μf和0.1μf,可得两个无阻尼自然频率ω。
n五、实验步骤1.连接被测量典型环节的模拟电路。
电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。
检查无误后接通电源。
2.启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。
3.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。
如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。
4.在实验课题下拉菜单中选择实验二[二阶系统阶跃响应], 鼠标单击该选项弹出实验课题参数窗口。
=10rad/s, 即令R=100KΩ，C=1μf；分别取ζ=0.5、1、2，即取R1=100KΩ，5.取ωnR2分别等于100KΩ、200KΩ、400KΩ。
输入阶跃信号，测量不同的ζ时系统的阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量Mp和调节时间Ts的数值和响应动态曲线，并与理论值比较。
=100rad/s, 即取R=100KΩ，改变电6.取ζ=0.5。
即电阻R2取R1=R2=100KΩ；ωn路中的电容C=0.1μf(注意：二个电容值同时改变)。
输入阶跃信号测量系统阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量σp和调节时间Tn。
7.取R=100KΩ；改变电路中的电容C=1μf,R1=100KΩ,调节电阻R2=50KΩ。
输入阶跃信号测量系统阶跃响应，记录响应曲线，特别要记录Tp和σp的数值。
8.测量二阶系统的阶跃响应并记入表中：六、实验报告要求1.简述实验目的、仪器、原理、内容和步骤2.画出二阶系统的模拟电路图，讨论典型二阶系统性能指标与ζ，ωn的关系。
3.把不同ζ和ω条件下测量的σ%、tp和ts值列表，要求表格绘制规整，数据n测量准确。
4.绘制二阶系统的阶跃响应曲线，直线要用尺子绘制，响应曲线严格按实验曲线的形状绘制，并要标出稳态值、最大值、峰值时间、调整时间等关键数据点。
5.进行数据分析，由σ%、tp计算出传递函数，并与由模拟电路计算的传递函数相比较。
七、预习要求1. 阅读实验原理部分，掌握时域性能指标的测量方法。
2. 按实验中二阶系统的给定参数，计算出不同ζ、ωn下的性能指标的理论值。
实验二系统频率特性测量一、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．掌握利用“李沙育图形法”测量系统频率特性的方法。
二、实验仪器1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台2．PC计算机一台3．双踪示波器一台三、实验原理频率特性的测量方法：（1）将正弦信号发生器、被测系统和示波器按图4-1连接起来。
将示波器X 和Y图3-1 频率特性测量电路轴的输入选择开关，均打在“DC”输入状态，并调整X和Y轴的位移，使光点处于萤光屏上的坐标原点上。
（2）选定信号发生器的频率，调节其输出衰减，使被测系统在避免饱和的情况下，输出幅度尽可能大。
然后调节示波器的X和Y轴输入幅值选择开关，使在所取信号幅度下，图象尽可能达到满刻度。
（3）根据萤光屏上的刻度及输入幅值选择开关指示的伏/格数，算出2Xm、2Yn 及2ym，并进一步计算幅值比和相位差。
为读数方便，可将示波器X轴输入X-Y开关打在工作状态，使光点在荧光屏上只作垂直运动，此时可方便地读出2Ym。
同理，也可方便地读出2Xm。
四、实验内容1．模拟电路图及系统结构图分别如图3-2和图3-3。
图4-2 系统模拟电路图图3-3 系统结构图2．系统传递函数取R3=500kΩ，则系统传递函数为U2（S） 500G（S）= =U1（S） S2+10S+500若输入信号U1（t）=U1sinωt,则在稳态时，其输出信号为U2（t）=U2sin（ωt+ψ）改变输入信号角频率ω值，便可测得二组U2/U1和ψ随ω变化的数值，这个变化规律就是系统的幅频特性和相频特性。
五、实验步骤1.连接被测量典型环节的模拟电路。
电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。
检查无误后接通电源。
2.启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。
3.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。
如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。
测频率图4.选中 [实验课题→系统频率特性测量→手动方式] 菜单项,鼠标单击将弹出参数设置窗口。
参数设置完成后点确认等待观察波形，如图4－4所示。
图3－4 手动方式测量波特图测波特图5.在测量波特图的过程中首先应选择 [实验课题→系统频率特性测量→自动方式→数据采集] 采集信息。
如图4－5所示图3－5 数据采集6.待数据采样结束后点击 [实验课题→系统频率特性测量→自动方式→波特图观测] 即可以在显示区内显示出所测量的波特图。
测奈氏图7.在测量波特图的过程中首先应选择 [实验课题→系统频率特性测量→自动方式→数据采集] 采集信息。
8.待数据采样结束后点击 [实验课题→系统频率特性测量→自动方式→奈氏图观测] 即可以在显示区内显示出所测量的奈氏图。
9.按下表所列频率，测量各点频率特性的实测值并计算相应的理论值。
六、实验报告1.简述实验目的、仪器、原理、内容和步骤2.画出被测系统的结构图和模拟电路图。
3.将测量数据列表填入，并计算出理论值。
4.画出被测系统的开环L （ω）曲线与φ（ω）曲线，要求与实测形状完全一致并标出测量点的数据。
5.进行数据分析。
根据L （ω）和φ（ω）曲线求系统的相角裕度，并据此判断系统的稳定性七、预习要求1.阅读实验原理部分，掌握李沙育图形法的基本原理及频率特性的测量方法。
2.画出被测系统的开环L （ω）曲线与φ（ω）曲线。
3.按表中给出格式选择几个频率点，算出各点频率特性的理论值。
实验三连续系统串联校正一、实验目的1. 加深理解串联校正装置对系统动态性能的校正作用。
2. 对给定系统进行串联校正设计，并通过模拟实验检验设计的正确性。
二、实验仪器1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台2．PC计算机一台三、实验内容1．串联超前校正（1）系统模拟电路图如图4-1，图中开关S断开对应未校情况，接通对应超前校正。
图4-1 超前校正电路图（2）系统结构图如图4-2图5-2 超前校正系统结构图图中 Gc1（s）=22（0.055s+1）Gc2（s）=0.005s+12．串联滞后校正（1）模拟电路图如图5-3，开关s断开对应未校状态，接通对应滞后校正。
图4-3 滞后校正模拟电路图（2）系统结构图示如图4-4图4-4 滞后系统结构图图中 Gc1(s）=1010（s+1）Gc2（s）=11s+13．串联超前—滞后校正（1）模拟电路图如图5-5，双刀开关断开对应未校状态，接通对应超前—滞后校正。
图4-5 超前—滞后校正模拟电路图（2）系统结构图示如图5-6。
图4-6超前—滞后校正系统结构图图中 Gc1（s）=66（1.2s+1）（0.15s+1）Gc2（s）=（6s+1）（0.05s+1）四、实验步骤1.启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。
2.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。
如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。
超前校正3.连接被测量典型环节的模拟电路(图5-1)。
电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。
检查无误后接通电源。
4.开关s放在断开位置。
5.选中 [实验课题→连续系统串联校正→超前校正] 菜单项,鼠标单击将弹出参数设置窗口。
系统加入阶跃信号。
参数设置完成后鼠标单击确认测量系统阶跃响应，并记录超调量 p和调节时间ts。
6.开关s接通，重复步骤5,将两次所测的波形进行比较。
并将测量结果记入下表中：滞后校正7.连接被测量典型环节的模拟电路(图4-3)。
电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。
检查无误后接通电源。
8.开关s放在断开位置。
9.选中 [实验课题→连续系统串联校正→滞后校正] 菜单项,鼠标单击将弹出参数设置窗口。
系统加入阶跃信号。
参数设置完成后鼠标单击确认测量系统阶跃响应，并记录超调量σp和调节时间ts。
10.开关s接通，重复步骤9,将两次所测的波形进行比较。
